三个产地碧玉的矿物组成及化学组成特征

2022-08-31廖冠琳杨萧亦周征宇2金雪萍

同济大学学报（自然科学版） 2022年8期

廖冠琳，杨萧亦，景璀，周征宇2，，金雪萍

（1.同济大学研究生院，上海 200092；2.上海宝石及材料工艺工程技术研究中心，上海 200092；3.同济大学海洋与地球科学学院，上海 200092；4.同济大学人文学院，上海 200092）

自古以来，和田玉（即和田所产软玉）都是国人最为钟爱的玉石品种之一［1-2］，而其中，碧玉因其鲜艳的翠绿色而受到热捧。故宫博物院所收藏的新石器时代石家河文化的碧玉笄，台湾新石器时代文化遗址中出土的大量碧玉器物［3］，加拿大卑诗省北部的撒利希遗址出土的距今4 000多年的碧玉工具，均表明碧玉自4 000多年前就被认知和使用。随着勘探开发技术不断提高，除新疆外［4］，多地陆续发现了碧玉矿资源，包括四川省龙溪乡［5］、台湾省花莲县［6］、加拿大不列颠哥伦比亚省［7］、俄罗斯贝加尔湖地区［8］等。这一方面缓解了和田软玉矿床日益枯竭的形势，另一方面也出现了将各产地碧玉经优化处理后仿制古玉的现象。如何区分不同产地碧玉成为现代玉石学对传统地质学提出的新挑战。为此，笔者系统收集了新疆且末、台湾花莲以及加拿大不列颠哥伦比亚省的代表性碧玉样品，通过系统的岩石矿物学分析和对比研究，以期为最终解决碧玉产地鉴定提供新的线索和理论基础，同时为古代碧玉器物的溯源提供参考。

1 样品及实验方法

1.1 样品描述

本次研究共选取了15块样品，其中QM-01～05为新疆且末碧玉样品；CaJ-01～05为加拿大碧玉样品；HL-01～05为台湾花莲碧玉样品。所有样品将其中一面抛光，便于测试（图1）。

图1 三个产地碧玉样品Fig.1 Green nephrite samples from three different origins

1.2 光学性质

三个产地的碧玉样品颜色均呈不同程度深浅的绿色，基本为微透明，且颜色越深透明度相对越低。通过点测法测得且末碧玉样品的折射率为1.593～1.608，平均值为1.601；加拿大碧玉样品的折射率为1.596～1.606，平均值也为1.601；而花莲碧玉样品的折射率为1.601～1.621，平均值最高，为1.609。如表1所示，三个产地折射率互有重叠，难以区分。

表1 三个产地碧玉样品的折射率Tab.1 Refractive index of green nephrite from three different origins

1.3 力学性质

三个产地碧玉整体质地均较为致密，静水称重测得平均密度为2.98～2.99 g·cm-3，基本一致。如表2所示，个别样品密度大于3.00 g·cm-3，与其杂质矿物含量较多有关。其中，且末碧玉样品中常见点状及丝脉状黑色内含物；加拿大碧玉样品除点状及丝脉状黑色内含物外，还普遍可见不规则绿色斑块状内含物；花莲碧玉则常见尖棱角状呈金属光泽的黑色内含物，并含有黄绿色不规则形态的内含物。

表2 三个产地碧玉样品的密度Tab.2 Density measurement of green nephrite from three different origins

2 物质组成

2.1 矿物组成特征

（1）且末碧玉中可见透闪石主要为纤维状交织结构（图2a），含斑点状及条带状铬铁矿零星分布于透闪石纤维中，边缘略成浑圆状呈现交代残留，高倍镜下可见少量钙铬榴石于铬铁矿周围零星分布（图2b）。

（2）加拿大碧玉中亦可见典型的透闪石纤维交织结构，次要矿物较为复杂，包括钙铝榴石、铬铁矿、辉石、绿泥石等，黑色矿物主要为铬铁矿（图2c）。

图2 部分碧玉样品的镜下观察特征Fig.2 Microscopic observation characteristics of green nephrite samples

（3）花莲碧玉中，可见透闪石、阳起石呈纤维交织结构，常见的黄绿色钙铝榴石，并夹杂少量铬铁矿、磁铁矿，形成黑色的斑点或条纹，部分样品亦可见滑石、蛇纹石等。

2.2 化学元素含量特征

2.2.1 常量元素含量特征

碧玉样品的常量元素含量特征采用日本JEOL公司JXA-8230型电子探针分析仪进行分析。加速电压为15 kV，束斑直径1～5μm。测试单位为同济大学海洋地质国家重点实验室，测试结果见表3。

表3 三个产地碧玉样品常量元素质量分数Tab.3 Main element data of green nephrite from three different origins

主要化学元素及其质量分数：SiO2，56.30%～59.96%，平均值58.07%；MgO，19.23%～24.33%，平均值21.36%；CaO，12.34%～13.69%，平均值13.06%。主要化学元素质量分数与透闪石的理论值（SiO2，59.169%；MgO，24.808%；CaO，13.805%）相接近，但明显大多数样品的Mg含量低于透闪石的理论计算值。

次要化学元素及其质量分数：FeO，0.13%～0.80%，平均值4.45%；Cr2O3，0.23%～0.73%，平均值0.18%；另有Al2O3平均值0.43%；MnO平均值0.17%；另还有少量的Na2O、K2O，平均值均为0.11%。因此，碧玉中Ca、Mg含量偏低和Fe、Cr等元素的替换有关，且Fe与Cr的含量随着颜色的加深而升高。

三个产地碧玉化学成分基本一致，所有元素含量范围具有较大范围的重叠，因此仅靠常量元素无法对3地碧玉进行准确区分。

2.2.2 微量元素含量特征

实验样品的微量元素含量分析所用实验仪器为Agilent 7900激光剥蚀等离子质谱仪。实验条件为：ArF准分子激光器（193 nm），激光剥蚀孔径为44 μm，激光脉冲频率为8 Hz，激光脉冲能量为80 mJ，测试结果见表4。

表4 三个产地碧玉样品微量元素质量分数Tab.4 Trace element data of green nephrite from three different origins

三个产地样品中大多数微量元素的质量分数相近，但在稀土元素中，Sc的质量分数在各样品之间存在较大差异。测试结果显示，台湾花莲碧玉的Sc质量分数为4.640×10-6～7.530×10-6，明显低于且末碧玉的4.268×10-6～11.594×10-6和加拿大碧玉的11.510×10-6～21.410×10-6，可能可以作为3地碧玉产地识别的参考依据。