显晶质石英质玉颜色成因研究进展及未来展望

摘" 要：颜色是决定玉石价格的重要因素，颜色成因研究对玉石具有重要现实意义。该文通过系统梳理前人相关研究，总结显晶质石英质玉颜色成因的最新研究成果，探讨石英质玉的颜色成因研究进展，从而为颜色成因未来的研究工作及方向进行展望。黄色-红色显晶质石英质玉的致色元素为Fe，致色矿物为赤铁矿及针铁矿；绿色石英质玉石由铬绢云母、绿泥石及绿帘石致色；黑色石英质玉石由赤铁矿及石墨致色。提出未来在离子跃迁致色、玉石中水的存在形式、黏土矿物对颜色的富集作用及颜色表征体系等方面加强研究工作，期望提高玉石利用率，建立一套符合市场的科学分级评价方案。

关键词：显晶质石英质玉；颜色成因；致色元素；致色矿物；未来展望

中图分类号：P575" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）06-0098-04

Abstract： Color is an important factor determining the price of jade， and the research on the causes of color has important practical significance to jade. This paper systematically reviews previous relevant research， summarizes the latest research results on the color origin of crystal quartz jade， and discusses the research progress on the color origin of quartz jade， so as to look forward to the future research work and direction of color origin. The coloring element of yellow-red crystalline quartzite jade is Fe， and the coloring minerals are hematite and goethite; green quartzite jade is colored by chrome sericite， chlorite and epidote; black quartzite jade is colored by hematite and graphite. It is proposed to strengthen research work in the future in aspects such as ion transition coloring， existing forms of water in jade， enrichment of color by clay minerals， and color characterization systems， hoping to improve the utilization rate of jade and establish a scientific grading and evaluation plan that is in line with the market.

Keywords： morphous quartz jade; color origin; color causing element; color causing mineral; future prospect

显晶质石英质玉石品类多样，国内各省份均有出产，如新疆克拉玛依金丝玉、云南龙陵黄龙玉等。颜色是决定玉石价格的重要因素，因此颜色成因研究对于珠宝玉石具有重要的现实意义。但实际研究过程中由于致色矿物含量低且形态细小，对于致色矿物种类及含量分析仍存在一定困难。本文对国内显晶质石英质玉石颜色成因的研究方法和成果进行回顾和总结，并对未来进一步的研究工作及方向进行展望。

1" 显晶质石英质玉石定义

晶质结构分为显晶质结构和隐晶质结构。岩石学依据矿物粒度将0.02 mm作为隐晶质结构与显晶质结构的界限[1]。宝石学依据肉眼及10×放大镜区分显晶质及隐晶质结构，若能直接观察到玉石中矿物颗粒则为显晶质结构[2]。需要强调的是，利用此方法区分晶质结构存在主观性与局限性。现行国标GB/T 34098—2017《石英质玉 分类与定名》将显晶质石英质玉石统称为石英岩玉，其主要矿物为石英，次要矿物可含赤铁矿、针铁矿和云母等黏土矿物，是具粒状结构的显晶质集合体，主要化学成分为SiO2，可含有Fe、Al、Mg、Ca、Na、K、Mn、Ni和Cr等元素[3]。

2" 成色机理研究现状

2.1" 测试方法

显晶质石英质玉石颜色成因研究方法总结如下：①利用宝石显微镜、偏光显微镜、超景深显微镜及扫描电镜等手段观察玉石结构、致色矿物组成及颜色分布；②利用电子探针、能谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、X射线荧光光谱等大型仪器测量玉石的主要元素及微量元素，确定致色元素种类及其含量；③利用X射线衍射，结合红外光谱、紫外可见光谱、激光拉曼光谱等手段进一步确定致色矿物物相。

2.2" 主要结果

2.2.1" 常规宝石学测试

常规宝石学测试中不同产地显晶质石英质玉石的测试数据十分接近，点测法测得折射率多为1.53～1.55、相对密度2.55～2.73 g/cm3、硬度6.5～7，无消光现象和发光性[4-5]。

2.2.2" 显微形貌分析

偏光显微镜镜下观察结果表明，显晶质石英质玉石的石英颗粒间隙存在着少量黄色和红色外来机械混入物，普遍观点认为玉石中赋存的铁质氧化物使玉石呈现黄色和红色[6-8]。然而铁质氧化物在不同产地、品种和颜色的显晶质玉石中以及不同放大倍数的显微镜下可呈现出不同的形态。在绿色和黑色显晶质石英质玉石中，其中赋存的副矿物导致其呈现绿色和黑色[9-10]。

2.2.3" 致色元素

研究表明，Fe元素在石英质玉石中含量均明显高于其他微量元素，并且黄色-红色区域中Fe含量是白色部分的数倍，认为Fe元素是黄色-红色石英质玉石的致色元素。在不同品种、产地和颜色的测试样品中黄色-红色区域的Fe含量可在0.01%～12.01% 之间变化，可相差几百倍[11-13]。Fe元素含量与石英质玉石色调深浅程度进行呈正相关[12]，这一观点现已被普遍接受。刘婉[11]利用扫描电镜结合能谱仪对云南龙陵小黑山地区黄龙玉的石英晶粒及晶粒间隙的成分进行测试，结果表明致色元素Fe主要集中在晶粒间的缝隙处，而未在晶粒上发现其存在。苗煦[9]对湖南临武黑色石英质玉石进行研究表明，C元素是导致玉石呈黑色的主要元素。钟倩等[10]研究表明，新疆塔县石英岩玉的绿色主要由次要矿物绿帘石中的Fe3+和Fe2+所致。综上，红色、黄色石英质玉石主要是由存在于石英颗粒间隙中的铁质氧化物产生，属于外来杂质矿物致色；绿色石英质玉石则是由于赋存于石英裂隙之间的绿色副矿物导致；黑色石英质玉石则是同样由于外来杂质致色。

2.2.4" 主要致色矿物

通过致色元素分析，认为黄色-红色系列石英质玉石致色矿物主要为铁氧化物，认为石英质玉石颜色是由赤铁矿[14-15]、针铁矿[10，13]、纤铁矿[16]以及混合物褐铁矿[7]其中的一种单独致色或几种矿物共同致色。现有研究表明，绿色系列显晶质石英质玉石的致色矿物主要为铬绢云母[17]、绿泥石[18]、绿帘石[10]。黑色系列显晶质石英质玉石则是由于赤铁矿[18]和石墨[9]产生的颜色。

随着科学技术的进步，前人利用同步辐射X射线技术对云南龙陵黄龙玉、安徽霍山玉、广西贺州玉进行了分析测试，获得了致色矿物种属的信息，黄色是由于针铁致色，红色是由于赤铁矿致色[19]。激光拉曼分析是最为先进的一种包裹体无损测试技术，前人利用此方法确定了以往研究中难以对微米级细小矿物的测定，广西贺州石英质玉石红色部分致色矿物为赤铁矿，湖北麻城石英质玉石黄色部分致色矿物为针铁矿，新疆塔县石英质玉石绿色部分致色矿物为绿帘石，湖南临武黑色石英质玉石致色矿物为石墨[9-10，20-21]。

2.2.5" 其他影响因素

其他因素的存在也会对色调深浅产生一定影响，其中吸附水对颜色的影响已得到初步证实。前人通过在不同温度条件下对丹东黄色石英质玉石进行处理，对比处理前后颜色的变化并用红外光谱测吸附水含量的差异和用扫描电镜对加热前后的微形貌进行观察，证明了退色程度与吸附水逸出量之间呈正比，结构越疏松，吸附水越易流失，并且用色度学的方法对加热前后的颜色进行描述，证明退色程度与加热温度成正比的关系[15]。此外，黏土矿物对于致色的矿物的富集起到一定作用，前人通过电子探针及X衍射在云南龙陵黄龙玉和湖北麻城石英质玉石中发现了高岭土的存在[4，21]，推测高岭土的吸附性使致色物质聚集形成色斑，但这一结论还需要进一步论证。

2.3" 成色机理

对于黄色-红色显晶质石英质玉石成色机制，可分为外源成因和内源成因2种。研究者根据石英质玉石的形成环境和颜色分布将成色机制总结归纳为次生外源浸润染色（外来含Fe溶液浸润染色）和原生内源氧化转色（石英脉或玉石内部含有的Fe2+经长期氧化形成Fe3+），认为玉石颜色仅集中在表层是外源成因的证据，而玉石内部有灰黑色的黄铁矿并且灰黑色部分与黄色和红色部分存在漂白净化浅色带，是内源成因存在的证据[22]。关于绿色显晶质石英质玉石颜色形成机理，有绿泥石和绿帘石2种，其中绿泥石是一种低级区域变质的产物，可以由含铝的铁镁矿物蚀变产生，比如黑云母。根据晶体场理论，新疆塔县石英质玉石是由于离子内部的电子跃迁呈色，新疆塔县石英岩玉的绿色主要由次要矿物绿帘石中的Fe3+和Fe2+所致，其可见光区域内403、455和470 nm处吸收峰分别归属于八面体场中Fe3+的6A1g→4Eg（4D）、6A1g→4T2g（4D）和6A1g→4Eg+4A1g（4G）六重～四重自旋禁戒跃迁[10]。周丹怡等[23]和苗煦[9]分别对广西桂林龙胜县和湖南临武地区的黑色石英质玉石进行了研究，结果表明，分别是鳞片状的赤铁矿和石墨致色，其中广西地区的石英质玉石跟云南龙陵黄龙的颜色形成机理相同，都属于外来机械混入物致色，而湖南临武地区石英岩的原岩中含有一定的有机物形成的生物碳，在成岩过程中经理埋藏、压实作用，在还原条件下形成烷烃，后在一定温度压力条件下进一步分解形成单质碳，使得形成的变质岩中含有一定量的石墨。

然而，Fe3+和Fe2+可以形成不同种类的铁氧化物，在一定条件下，这些不同种类的铁氧化物之间也可以相互转化，其中温度、酸碱度和氧化还原电位是主要影响因素。不同种类的铁氧化物都有其各自的颜色，环境条件的改变可以促使这些铁质矿物发生转变从而导致颜色的差异。此外，矿物的颗粒大小也会对颜色产生一定影响，一般颜色会随着粒度减小而加深。其他阴阳离子和有机质等物质的存在可以延缓或加快铁氧化物的形成和转变的速率[24]。目前已有研究通过野外观察在围岩中找到了致色矿物中铁质来源（如黑云母、黄铁矿），但对玉石形成过程中的氧化还原电位和酸碱度等环境因素有指示意义的矿物组合研究较少，未来可以在此方面加强研究，完善成色机理理论。

3" 研究结果与未来展望

3.1" 研究结果

回顾和总结以往资料，发现目前关于显晶质石英质玉石的致色元素、致色矿物及成色机理的研究已取得部分共识。黄色-红色显晶质石英质玉石主要由赋存于石英颗粒之间及裂隙间的赤铁矿和针铁矿产生，属外来杂质致色。绿色显晶质石英质玉石则是由石英质玉石中副矿物致色，主要为铬绢云母、绿泥石和绿帘石，绿帘石是属于近年发现的新致色矿物类型。黑色显晶质石英质玉石主要是由石英基底中分布的鳞片状赤铁矿致色和石墨致色。

成色机理分为外源成因、内源成因、离子内部的电子跃迁3种机制。外源成因是通过外来含Fe溶液浸润染色，内源成因则为石英脉或玉石内部含有的Fe2+经长期氧化形成Fe3+，离子跃迁致色则是电子由基态到激发态的能级跃迁所致。黄色-红色显晶质石英质玉石致色矿物主要集中在赤铁矿、针铁矿、纤铁矿及混合物褐铁矿，玉石颜色既可以由某种铁氧化矿物产生，也能多种致色矿物共同作用形成过渡色。显晶质石英质玉石中水的存在形式为吸附水，吸附水的逸出量与温度成正比，褪色程度也呈正比，并且玉石结构越疏松，越易失水，褪色也更明显。黏土矿物对致色矿物的富集作用，现阶段只有云南黄龙玉与麻城石英质玉石中发现高岭石与赤铁矿或针铁矿共生，其富集机制还需进一步的研究。

3.2" 进一步的研究工作及未来展望

前人利用矿物学、地球化学及光谱学等手段确定黄色-红色、绿色及黑色石英质玉石中致色矿物种属。但是不同显晶质石英质形成于不同的成矿背景下，反映到成色机理显然还是有所区别，因此还需要后期更加系统的研究工作，可以分别从以下方面展开。

1）对于石英颗粒间致色矿物的研究，由于含量低且形态小，且受制于测试条件和各种测试手段的局限性，早期关于致色矿物的种属一直处于推测阶段。近年来，由于测试条件的改善，运用电子探针、拉曼光谱等手段已经可以确定矿物种属。建议将测试与野外工作相结合，对比成矿环境条件与致色矿物之间的联系。同时，对于国外的其他宝玉石颜色成因的研究方法进行借鉴，对于国内显晶质石英质玉石的研究进行可行性探索。

2）根据现有的研究，颜色成因机制分为3类。现在大多数石英质玉石的致色成因为外来机械混入物致色，其中离子电子跃迁的存在形式比较少，可继续完善此种致色机制，补充颜色成因的理论，为成色机理研究提供更多基础资料。

3）显晶质石英质玉石中水的研究还需要继续探索，也许水的种类不仅仅是吸附水，可能存在结晶水，理论研究还需更加深入。

4）黏土矿物在大多数石英质玉石中广泛存在，但是关于黏土矿物对颜色成因影响的研究还相对较少。此外，可利用颜色表征体系（CIE色度系统、孟塞尔表色系统和Gem Dialogue）对不同颜色石英质玉石进行客观、定量的科学表征，尽量剔除人为因素。

5）现阶段显晶质石英质玉石主要是由于赤铁矿与针铁矿致色，且主要产地都各自建立了地方标准。由于石英质玉石产量大，很多石料得不到有效利用。期望未来可以提高玉石利用率，建立一套科学合理又符合市场需求的分级评价方案。

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作者简介：施春苗（1996-），女，助理工程师。研究方向为区域地质学。