泰山玉的致色因素分析

張念朋

(山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安　271000)

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地質與礦產

泰山玉的致色因素分析

張念朋

(山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安271000)

摘要：顏色是珠寶玉石寶石學特征研究的重要一項，是影響寶玉石價值的重要因素。泰山玉有4個顏色系列，對各系列泰山玉致色因素的分析研究具有重大意義。通過化學分析和電子探針測試，查明了泰山玉的主要化學成分，對比分析了化學成分與顏色的關系，最終確定了不同顏色系列泰山玉的致色因素。

關鍵詞：泰山玉；化學成分；致色因素

引文格式：張念朋.泰山玉的致色因素分析[J].山東國土資源，2016,32(7)：31-34. ZHANG Nianpeng. Analysis on Color Factors of Taishan Jade[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(7)：31-34.

泰山玉是指產于山東省泰山西麓區域的蛇紋石質玉，因產于泰山山脈而得名[1]。該玉礦在20世紀80年代開采鈣鎂磷肥及冶金熔劑用蛇紋巖時發現，并開始了小規模的加工利用[2]。2009年，山東省第五地質礦產勘查院對該玉礦做了正式勘查評價后，泰山玉市場迅速發展壯大，知名度有了較大提高，因此，需要加大對泰山玉各方面特征的深入研究。顏色是珠寶玉石寶石學特征研究的重要一項，也是影響寶玉石價值的重要因素。泰山玉有多種顏色，價值差別懸殊，因此，對泰山玉致色因素的分析研究具有重大意義。

1泰山玉的顏色

泰山玉的基礎顏色主要是綠色和黑色，極少數為褐色[3]。另外，因含有不同顏色的共生礦物，有的泰山玉表面看起來呈花斑色，如綠白花色、黑白花色等。因此，可將泰山玉的顏色分為綠色、黑色、褐色和花色4個系列。

2采樣化驗

2.1采集樣品

為了全面反映泰山玉的化學成分，該次工作采取了不同顏色、質地、透明度的具有代表性的綠色、黑色、花色系列樣品各6件，褐色系列樣品2件，共20件樣品進行化學全分析，樣品規格8cm×8cm×8cm左右。為進一步研究顏色深淺不同的綠色泰山玉的致色元素，將采集的大量樣品切制成3cm×2cm×0.5cm統一規格的玉片，從中挑選了6件顏色均勻由深到淺的綠色系列玉片進行微區電子探針分析。上述所有樣品均采自石臘泰山玉礦坑內。

2.2化驗測試

化學全分析由山東省魯南地質工程勘察院實驗室承擔，檢測環境溫度28℃，相對濕度55，主要檢測儀器為天平、滴定管、原子吸收。根據樣品化驗數據，將每一顏色系列進行算數平均，結果見表1。電子探針分析由中國地質科學院礦產資源研究所實驗室承擔，檢測儀器為JXA-8810型電子探針顯微分析儀，加速電壓為15～20kV，電流為20nA，束斑直徑為5μm。每件樣品測多個點求各組分平均值，結果見表2。

3致色因素分析

3.1主要化學成分與顏色的關系

根據表1中化學成分數據，以主要元素含量為縱坐標，以不同顏色系列為橫坐標，繪制成相應的變化曲線圖(圖1-a、圖1-b)。

表1　各顏色系列玉石主要組分平均含量

表2　泰山玉電子探針分析結果　W%

由圖1-a看出，SiO2變化曲線從黑色→花色→綠色呈上升趨勢;然后從綠色→褐色呈略微下降趨勢。MgO曲線從黑色→花色呈下降趨勢，然后從花色→綠色→褐色呈上升趨勢。總體看，上述2種泰山玉主要化學成分在各顏色系列中的含量差別不大。Fe2O3曲線呈快速下降趨勢，FeO，Al2O3，CaO曲線均是先從黑色至花色呈上升趨勢，然后再呈快速下降趨勢。如果將Fe2O3和FeO合在一起看，則呈整體下降趨勢。可得，黑色和花色玉石比綠色和褐色玉石含Fe元素多，Ca，Al元素在花色玉石中含量最高。

圖1　泰山玉主要化學成分與顏色關系圖

由圖1-b看出，Mn,Co曲線呈總體下降趨勢;Ti,Cr,Ni曲線從黑色至花色至綠色呈下降趨勢;然后從綠色至褐色呈上升趨勢;S曲線先從黑色至花色呈下降趨勢，然后呈快速上升趨勢。可得，泰山玉的主要微量元素中，Ti,Cr,Ni在黑色玉石中的含量最高;在綠色玉石中的含量最低;Mn在花色玉石中含量最高;S在褐色玉石中含量最高。

3.2各顏色系列泰山玉的致色因素

蛇紋石礦物本身為無色至淡黃色、黃綠色至綠色，受共生礦物影響，蛇紋石玉還有白色、棕色、黑色及多種顏色的組合[4]。據此，可認為泰山玉中的綠色系列為蛇紋石礦物本身顏色所致，是由組成蛇紋石的化學元素致色，具體致色元素在后文中分析；黑色、花色及褐色系列顏色為共生礦物所致。

由以上可知，Si,Mg在不同顏色系列中的含量差別不大;且為蛇紋石固有化學成分，是具有高對稱和穩定結構的陽離子，可見光提供的能量，不足以使它們的外層電子躍遷而使礦物質色[5]。黑色系列比綠色系列玉石含有更多的Fe,Ti,Cr,Ni元素，這些元素除部分進入蛇紋石化學成分內，其余的會形成新礦物與蛇紋石共生，主要有鉻鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等，多為黑色礦物。通過電子探針對黑色玉石進行觀察，發現蛇紋石內彌散有許多十分細小的鐵礦物(圖2)，因此，認為就是這些黑色鐵礦物影響了黑色系列玉石的顏色及透明度，這與河南黑綠玉的情況一致[6]。

圖2　黑色玉石中鐵礦物(白點)

花色系列玉石含有相對較多的Ca，Al，Fe元素，Ca主要存在于與蛇紋石共生的礦物中，如鈣鎂透閃石、方解石、白云石、磷灰石等，這些礦物呈白色，是構成花色玉石中白色花斑的主要組分；Al除少量類質同象替代Si進入蛇紋石內外，主要存在于與蛇紋石共生的綠泥石中，綠泥石多呈暗綠至綠黑色，比蛇紋石顏色深，能引起不同深淺綠色的花斑；Fe主要存在于黑色鐵礦物中，是花色玉石中黑色斑點的主要組分。因此，含鈣鋁鐵的不同顏色礦物為花色系列玉石的主要致色因素。褐色系列玉石中S元素含量比其它系列玉石中的含量高得多，硫化物多呈黃色—紅色調，如黃鐵礦、方黃銅礦、針鎳礦等，故硫化物應為褐色系列玉石的致色因素。

3.3綠色系列泰山玉的致色元素

由此可知，綠色系列的致色因素為自身蛇紋石致色，為進一步研究蛇紋石的致色化學元素，需排除共生礦物的影響，故利用電子探針對微區蛇紋石礦物的化學成分進行分析。

前人研究結果表明[7-8]，引起礦物致色的離子主要是元素周期表中第四周期的8個過渡元素離子，即Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu。根據泰山玉的光譜分析結果，其內Ti,V,Co,Cu的含量極少，平均含量低于0.01%，對泰山玉的顏色影響有限。

根據表2中的分析結果，繪制了FeO,NiO,Cr2O3,MnO四種致色成分含量與不同深淺綠色系列泰山玉的變化曲線圖(圖3)。

圖3　綠色泰山玉致色成分含量曲線圖

由圖3看出，FeO含量自墨綠至翠綠色隨綠色變淺呈快速下降趨勢，然后從翠綠至綠白色，則下降不大，幾近水平狀，而翠綠、黃綠、綠黃、綠白色中，綠色調已經較淡或已非主色調。因此，泰山玉的綠色深淺與FeO含量呈正相關性。

另外，由墨綠至綠白色綠色由深至淺，NiO含量曲線呈波浪狀下降趨勢，說明泰山玉的綠色深淺與NiO含量呈大致正相關性。Cr2O3含量曲線呈快速下降趨勢，說明泰山玉的綠色深淺與Cr2O3含量呈正相關性。MnO含量曲線總體呈水平波浪狀變化，說明泰山玉的綠色深淺與MnO的含量相關性不大。

上述4種致色成分中，FeO的含量最高，約是其他3種成分含量的十倍左右，因此，可確定綠色系列泰山玉的致色元素主要是Fe元素，其次是Cr元素，另外，Ni元素對其也有一定影響，而Mn元素對其影響不大。其中，Fe元素是許多蛇紋石玉的致色元素，如岫巖玉[9]、南鄭蛇紋石玉[10]。

4結語

泰山玉的顏色分為綠色、黑色、褐色、花色4個系列，利用化學全分析對其化學成分進行了化驗測試。通過分析，泰山玉的主要化學成分SiO2,MgO在各顏色系列中的含量差別不大;Fe2O3和FeO的總含量從黑色→花色→綠色→褐色呈下降趨勢;CaO,Al2O3在花色玉石中含量最高。主要微量元素中，Ti,Cr,Ni在黑色玉石中的含量最高;在綠色玉石中的含量最低;Mn在花色玉石中含量最高;S在褐色玉石中含量最高。

經綜合分析認為，黑色、花色及褐色系列泰山玉的顏色為其體內共生礦物致色，綠色系列泰山玉的顏色為蛇紋石礦物本身顏色所致。其中，黑色系列泰山玉的致色因素為細小的鉻鐵礦、磁鐵礦等鐵礦物，花色系列泰山玉的致色因素為含鈣鋁鐵的不同顏色礦物，褐色系列泰山玉的致色因素為硫化物礦物。

利用電子探針對不同深淺綠色系列泰山玉微區蛇紋石礦物的化學成分進行了測試分析，認為綠色泰山玉的致色元素主要是Fe元素，其次是Cr元素。

參考文獻：

[1]程佑法,李建軍,劉曉偉,等.泰山玉[S].濟南：山東省質量技術監督局，2013.

[2]張厚生，張希雨.泰山玉地質特征及其工藝加工性研究[J].山東地質，1989，5(3):71.

[3]賈東亮，高宗軍.泰山玉的基本特征及分類研究[J].山東國土資源，2013，29(3):25.

[4]張蓓莉.系統寶石學[M].北京：地質出版社，2006:387.

[5]王時麒,趙朝洪,于洸,等.中國岫巖玉[M].北京：科學出版社，2007：48.

[6]康日倉,張建洪,李勁松.河南淅川黑綠玉的礦物學研究[J].現代地質，1993,7(2)：203.

[7]宋良才,宋寶璽.關于寶玉石顏色的探討[J].焦作礦業學院學報，1991,(4)：18.

[8]劉虹靚,楊明星,楊天翔,等.青海翠青玉的寶石學特征及顏色研究[J].寶石和寶石學雜志，2013,15(1)：11.

[9]王永亞,干福熹.中國岫巖玉的致色機理及色度學研究[J].光譜學與光譜分析，2012,32(9)：2305-2309.

[10]劉養杰,林曉明,張婷,等.陜西漢中南鄭蛇紋石玉的礦物學研究[J].西北大學學報(自然科學版)，2009,39(6)：1032-1036.

收稿日期：2015-10-02；

修訂日期：2015-12-13；編輯：陶衛衛

作者簡介：張念朋(1985—)，男，山東莒縣人，工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail：znp2008@163.com

中圖分類號：P575

文獻標識碼：A

Analysis on Color Factors of Taishan Jade

ZHANG Nianpeng

(No.5 Exploration Institue of Geology and Mineral Resources, Shandong Tai'an 271000, China)

Abstract:Color is an important factor for studying gemmological characteristics of jade and jewelry. It is also an important factor affecting the value of the gem. Taishan jade has four color series. It is of great significance to the analysis and study color factors of Taishan jade. Through chemical analysis and electronic probe test, main chemical compositions of Taishan jade have been identified, and the relationship between chemical compositions and color have been analyzed. Finally, the color factors of different colors of Taishan jade have been determined.

Key words:Taishan jade; chemical compositions; color factors