淺說現代科技手段在玉器研究中的應用

權小江

[摘 要]中國的玉制品出現于舊石器時代早期。新石器時代以來，玉器作為一種重要的禮儀用品和工藝美術品得到了長足的發展，歷萬年而不衰，成為中華文明的重要載體。筆者從玉器自身的屬性分析，系統地總結了現代科技手段應用于玉器研究。同時指出玉器研究應該是傳統研究方法和現代自然科學研究方法相結合。

[關鍵詞]玉器；現代科技；無損分析；微痕分析

中國素有“玉石之國”的美譽，古人視玉如寶。東漢許慎的《說文解字》中“玉，石之美，有五德：潤澤以溫，仁之方也；鰓里自外，可以知中，義之方也；其聲舒揚，專以遠聞，智之方也；不撓而折，勇之方也；銳廉而不枝，潔之方也?！盵1]又《禮·玉藻》曰：“古之君子必佩玉。故君子在車，則聞鸞和之聲，行則鳴佩玉?！惫试唬骸熬訜o故，玉不去身”。所以玉器可謂古人物質、精神生活中的重要組成部分。

除此之外玉器在中國的使用歷史極為久遠。在新石器時代，從石質工具中演變來的玉工具就是祭神的禮器，人們通過祭神祈求平安和豐收。到了歷史時期，玉器成了封建王朝祭祀和象征身份等級的重器以及生活中重要的裝飾品，既有神秘的宗教寓意，又能體現濃郁的生活氣息。因此玉器研究是探究古人物質、精神生活的重要途徑。不同時代的玉器研究方法因時代技術條件以及研究者水平的不同而有所區別，但總的來說，玉器研究的方法是逐漸進步和發展的。本文根據前人的研究成果、科學實驗和考古發現略論現代科技手段應用于古玉研究領域，希望對古玉研究有所幫助。

一、玉器概說

（一）中國玉器的傳統玉料

玉器作為東方文化的特征之一，在新石器時代晚期因其堅韌、美觀及稀有，被賦予了超自然的屬性和一些人格化的內涵。楊伯達先生認為：“玉是遠古人們在利用選擇石料制造工具的長達數萬年的過程中，經篩選確認的具有社會性和珍寶性的一種特殊礦石?！眹H寶石學和礦物學的通用概念中，玉僅僅包括兩種礦物質，即堿性單斜石的硬玉和鈣角閃石中的透閃石與陽起石系列的軟玉。我國符合以上標準的只有翡翠與和田玉?？紤]到中國古代用玉的傳統，這一定義尚未嚴格的執行。現今人們常把質地堅硬細膩，色澤溫潤典雅，硬度較大，具有透明感，適于雕琢成工藝美術品的巖石和礦物稱為玉。玉的質料有廣義和狹義之分。廣義的玉料有軟玉、硬玉、碧玉、蛇紋石、水晶、玉髓、瑪瑙、斜長石、黝簾石、漢白玉、石英石、芙蓉石、松石、青金石。狹義的玉料只有硬玉、軟玉、蛇紋石、黝簾石等。

中國玉文化極為發達，從史前時期到歷史時期中國傳統的古玉材料有和田玉、岫巖閃石玉、瑪納斯碧玉、青海閃石玉與西伯利亞閃石玉、綠松石、瑪瑙、獨山玉、藍田玉、翡翠等。

（二）玉器的定義

在討論中國玉器的科技研究方法之前，有必要對玉器的定義略作說明。從現代分類學的角度看，玉和玉器是既有聯系又有區別的兩個不同層次的概念：玉是地球在地質時期通過地質運動形成的、由具有交織纖維顯微結構的角閃石族晶體交結而成的自然礦物集合體[2]，在很大程度上屬于礦物分類學概念；玉器則是自然玉石經過人工雕琢、并賦予了豐富的人文理念的工藝美術品。

夏鼐先生曾主張，玉器的界定應以礦物學上玉的概念為標準，只有閃石玉及輝石玉的制品，才可以稱為玉器[3]。楊伯達先生認為“以硬玉、軟玉、蛇紋石、水晶、玉髓為原料而制作的工具、佩飾、祭器、陳設品等”[4]為玉器。兩者對玉器概念的詮解，涵蓋了玉狹義與廣義的范圍，代表了現今中國學術界對玉器基本的闡釋。廣、狹義的玉器概念，兩者很難偏廢，可以互相補充。

二、關于現代科技應用于玉器研究

從上世紀七十年代開始，玉器研究已由傳統器物學方法發展到現代考古學方法的新階段。但也不可否認，一些考古玉器材料的科學性本身就存在一些問題或不足，或是缺乏明確的層位關系或與其它器物的組合關系，或是田野考古發掘清理本身比較粗糙，沒有捕捉到并詳細記錄下瞬息萬變的考古現象，或是僅進行局部發掘，以個別代替一般，以偏概全，凡此種種，或多或少影響到玉器研究的深度與廣度，同時也影響到玉器研究的學術質量。為此，自然科學的研究方法被引入玉器的研究。

（一）無損分析方法

1.PIXE分析

（1）PIXE分析及特點。質子熒光分析（PIXE）技術是70年代后發展起來的一種X射熒光分析方法。[5]它是以一定能量的質子或α粒子轟擊待分析樣品，從樣品中激發出特征X射線，并用X射線能譜儀測量這些特征X射線的能量和強度，從而確定樣品中各元素的種類和含量。

質子熒光分析具有靈敏度高、非破壞性、多元素同時分析和分析速度快等優點；并且由于質子激發產生X射線的同時，也會產生瞬發γ射線和質子的盧瑟福背散射，從而可以方便地同瞬發γ射線分析（PIGE）和盧瑟福背散射分析（EBS）等其他離子束分析方法相結合，獲得更多的樣品信息；另外通過對質子束進行聚焦可以實現質子微探針分析，從而獲得樣品中元素的空間分布的信息。[6]由于以上特點，PIXE分析已成為環境保護、生物醫學、考古學、地質學和材料科學等研究和應用領域中一種重要的分析手段。

（2）PIXE分析技術在考古學上的應用。質子激發的特征X射線能譜分析（PIXE）技術具有靈敏度高，分析速度快，多元素同時分析能力強和非破壞性分析等一系列優點，在微量元素分析中顯示出巨大的優越性，被廣泛地應用于環境科學、生物醫學、地質科學和考古學等領域。

PIXE分析技術由于靈敏度高、可進行無損和外束分析等特點，特別適用于對珍貴文物進行分析，這使得它在考古研究中有著廣泛的應用前景。如復旦大學利用PIXE外束分析技術對埋藏了2500年的越王勾踐劍及其玻璃飾物中各元素的含量進行了分析和研究，從而為我國古代冶金技術和玻璃燒制技術的考古研究提供了真實有力的佐證。[7]同樣PIXE分析技術也可對中國古代玉器進行成分分析。

2.X射線衍射分析（XRD）

（1）X射線衍射分析（XRD）及優點。X射線衍射分析法是研究物質的物相和晶體結構的主要方法。當某物質（晶體或非晶體）進行衍射分析時，該物質被X射線照射產生不同程度的衍射現象，物質組成、晶型、分子內成鍵方式、分子的構型、構象等決定該物質產生特有的衍射圖譜。X射線衍射方法具有不損傷樣品、無污染、快捷、測量精度高、能得到有關晶體完整性的大量信息等優點。因此，X射線衍射分析法作為材料結構和成分分析的一種現代科學方法，已逐步在各學科研究和生產中廣泛應用。

（2）X射線衍射技術在材料分析中的應用。由X射線衍射原理可知，物質的X射線衍射花樣與物質內部的晶體結構有關。每種結晶物質都有其特定的結構參數（包括晶體結構類型，晶胞大小，晶胞中原子、離子或分子的位置和數目等）。因此，沒有兩種不同的結晶物質會給出完全相同的衍射花樣。通過分析待測試樣的X射線衍射花樣，不僅可以知道物質的化學成分，還能知道它們的存在狀態，即能知道某元素是以單質存在或者以化合物、混合物及同素異構體存在。同時，根據X射線衍射試驗還可以進行結晶物質的定量分析、晶粒大小的測量和晶粒的取向分析。

3.激光拉曼光譜分析（LRS）。

（1）激光拉曼光譜技術的基本原理及其發展。拉曼位移Δν反映物質分子和晶體的振動譜，通過分析拉曼光譜的峰位、峰強、線型、線寬達到從分子水平研究樣品結構及分析鑒定物質。共焦顯微拉曼技術可有效排除焦平面外的干擾信號，適用于半透明樣品，這使其在古玉、古玉器結構測試和材質鑒定中顯示出其他，技術無法替代的重要地位。多波長激光拉曼光譜儀針對不同吸收帶的樣品可減少熒光背景影響，峰值強且信噪比更好。

珍貴文物的流動和檢測受國家相關法律約束，近幾年激光拉曼光譜儀逐漸向便攜式發展，其科學研究的建立是非常有必要的。目前國內外許多公司都已研制出靈敏度更高的便攜式拉曼光譜儀，可提供更豐富的拉曼信息，為判斷古玉和古玉器的分子結構提供了有力的依據。

（2）激光拉曼光譜技術在中國古代玉器無損鑒定中的應用。近幾年來中國科學院上海光學精密機械研究所科技考古中心聯合復旦大學與國內文物考古研究所和博物館合作，開展了用PIXE，XRD和Raman光譜等無損分析方法綜合測試出土的300多件中國古代玉器。從測試結果可看到當前的測試分析研究工作集中在黃河流域的河南、湖北及長江流域的良渚文化遺址，對中國古玉器質地和溯源有了進一步的認識。

目前，Raman光譜還限于對玉石的真偽鑒定階段，對中國古代玉器進行無損巖相結構分析尚少見報道，也是目前正在發展的無損分析方法。由于聚光斑點小，所以可以對微區巖相結構特點進行研究，但需要對玉材的拉曼光譜有仔細的測試和分析以作為測定的標準。

Raman光譜法是一種通過獲取樣品指紋頻率得到物質結構信息的無損檢測方法，是一種判斷玉器玉料的有效手段。通過以上比較可得Raman光譜與外束PIXE和XRD分析相互結合可以克服多種儀器條件的限制，取長補短，相互驗證，從而可以對未知玉質的古玉器做出迅速、準確的定性分析。

無損成分和結構分析方法為古玉器的鑒定提供了有力的證據，闡明了激光拉曼光譜技術在古玉器結構測試和材質鑒定中是一種很好的無損分析研究方法。

（二）微痕觀察法

微痕觀察或稱細部觀察，是近年玉器工藝研究、鑒定研究時興起的一種手段。通常，玉石器的微痕分析主要借助于光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）的圖像觀測。而數字圖像處理技術的發展使得可以利用數碼顯微鏡獲取較前述幾種方法更為豐富的信息。以便攜式數碼顯微鏡對良渚文化34件（20件系2009年出土于浙江省杭州市余杭區良渚街道梅家里遺址，14件為2012年出土于浙江省杭州市余杭區良渚街道官井頭遺址）玉器進行了表面觀察，對玉器制作工藝微痕做了分析研究為例。[8]

1.儀器設備

觀察分析采用日本KEYENCE公司VHX-600E型數碼顯微鏡選用VH-Z20R型變焦鏡頭放大倍率20-200倍使用VHX-600E自帶照明燈進行觀察。

2.制作工藝微痕研究

（1）切割痕跡。良渚玉器上的切割痕包括線切割痕和片切割痕其中的線切割指以筋弦等柔性物件裹帶解玉砂作弧形運動為特征的玉料截割方式線切割所形成的切割面由于兩端牽動時不可能一直保持在同一水平線上所以往往在弧線中段附近呈現波浪的形狀凸起部分一般在后期打磨拋光時消除而凹陷部分往往保留下來。

（2）鉆孔痕跡。絕大多數良渚文化玉器上都有圓形或近圓形孔眼。由于單面鉆孔時容易使另一面近孔處發生迸裂因此均采用兩面對鉆。在良渚檢測的34件玉器都有孔眼最多達4個均采用兩面對鉆。

（3）研磨痕跡。研磨對于玉器加工異常重要，是使器物規整造型精美、器表光潤的主要手段。

（4）紋飾觀察。良渚文化玉器中雕琢紋飾的種類不在少數，玉琮是其中極富特征的一種器型。如梅家里M18：6玉琮上的紋飾以陰刻線為主。

3.微痕分析的側重點

眾所周知，不同工具、不同工作方法施作于不同材質的玉料，呈現出來的痕跡也各不相同。玉器琢碾痕跡的顯微研究集中在工藝的點、線、面；觀察區域經放大到60倍乃至120倍，觀察部位主要在陰線的邊、壁、底。邊、壁、底三處的特征則可以按照考古類型學的方法歸納組合出各種微痕類型，而這些形形色色的微痕類型就是各個時代工藝技術的表征。

三、小結

中國是東亞乃至世界玉器文化最發達的國家。玉器是中華文明的特殊載體，玉器研究是傳統金石學、現代考古學、文物學和地質學、礦物分類學的一個重要研究領域。隨著時代的發展，科技的進步，玉器研究方法因時代而異。過去傳統的古玉研究及鑒定方法已不能滿足玉器研究及鑒定的需要，自然科學研究方法被引入玉器研究領域將對玉器的鑒定、材質分析、定時代、定價值等研究取得長足發展。但是僅靠自然科學在玉器研究是遠遠不夠的，所以筆者認為玉器研究應該講傳統方法和現代科技新方法相結合，以取得互補的效果。

參考文獻：

[1]（漢）許慎撰，（宋）徐鉉等校《說文解字》，上海古籍出版社，2007年。

[2]牟永抗：《試論中國古玉的考古學研究》，《出土玉器鑒定與研究》，紫禁城出版社，2001年。

[3]夏鼐：《有關安陽殷墟玉器的幾個問題》，《殷墟玉器》，頁1-7，文物出版社，1982？。

[4]楊伯達：《玉器》，《中國大百科全書·考古學》，頁627-628，中國大百科全書出版社，1986？。

[5]趙國慶、任熾剛《核分析方法》，原子能出版社，1989年版，212頁。

[6]王廣甫《PIXE分析技術及應用》，《現代儀器》2002年02期。

[7]任熾剛、承煥生、湯國魂等《質子X熒光分析和質子顯微鏡》，原子能出版社1981年版。

[8]張文元、崔強等《綜合分析方法對余杭良渚遺址群出土玉器的原位無損研究》，《敦煌研究》2013年01期。