浅说现代科技手段在玉器研究中的应用

权小江

[摘 要]中国的玉制品出现于旧石器时代早期。新石器时代以来，玉器作为一种重要的礼仪用品和工艺美术品得到了长足的发展，历万年而不衰，成为中华文明的重要载体。笔者从玉器自身的属性分析，系统地总结了现代科技手段应用于玉器研究。同时指出玉器研究应该是传统研究方法和现代自然科学研究方法相结合。

[关键词]玉器；现代科技；无损分析；微痕分析

中国素有“玉石之国”的美誉，古人视玉如宝。东汉许慎的《说文解字》中“玉，石之美，有五德：润泽以温，仁之方也；鳃里自外，可以知中，义之方也；其声舒扬，专以远闻，智之方也；不挠而折，勇之方也；锐廉而不枝，洁之方也。”[1]又《礼·玉藻》曰：“古之君子必佩玉。故君子在车，则闻鸾和之声，行则鸣佩玉。”故曰：“君子无故，玉不去身”。所以玉器可谓古人物质、精神生活中的重要组成部分。

除此之外玉器在中国的使用历史极为久远。在新石器时代，从石质工具中演变来的玉工具就是祭神的礼器，人们通过祭神祈求平安和丰收。到了历史时期，玉器成了封建王朝祭祀和象征身份等级的重器以及生活中重要的装饰品，既有神秘的宗教寓意，又能体现浓郁的生活气息。因此玉器研究是探究古人物质、精神生活的重要途径。不同时代的玉器研究方法因时代技术条件以及研究者水平的不同而有所区别，但总的来说，玉器研究的方法是逐渐进步和发展的。本文根据前人的研究成果、科学实验和考古发现略论现代科技手段应用于古玉研究领域，希望对古玉研究有所帮助。

一、玉器概说

（一）中国玉器的传统玉料

玉器作为东方文化的特征之一，在新石器时代晚期因其坚韧、美观及稀有，被赋予了超自然的属性和一些人格化的内涵。杨伯达先生认为：“玉是远古人们在利用选择石料制造工具的长达数万年的过程中，经筛选确认的具有社会性和珍宝性的一种特殊矿石。”国际宝石学和矿物学的通用概念中，玉仅仅包括两种矿物质，即碱性单斜石的硬玉和钙角闪石中的透闪石与阳起石系列的软玉。我国符合以上标准的只有翡翠与和田玉。考虑到中国古代用玉的传统，这一定义尚未严格的执行。现今人们常把质地坚硬细腻，色泽温润典雅，硬度较大，具有透明感，适于雕琢成工艺美术品的岩石和矿物称为玉。玉的质料有广义和狭义之分。广义的玉料有软玉、硬玉、碧玉、蛇纹石、水晶、玉髓、玛瑙、斜长石、黝帘石、汉白玉、石英石、芙蓉石、松石、青金石。狭义的玉料只有硬玉、软玉、蛇纹石、黝帘石等。

中国玉文化极为发达，从史前时期到历史时期中国传统的古玉材料有和田玉、岫岩闪石玉、玛纳斯碧玉、青海闪石玉与西伯利亚闪石玉、绿松石、玛瑙、独山玉、蓝田玉、翡翠等。

（二）玉器的定义

在讨论中国玉器的科技研究方法之前，有必要对玉器的定义略作说明。从现代分类学的角度看，玉和玉器是既有联系又有区别的两个不同层次的概念：玉是地球在地质时期通过地质运动形成的、由具有交织纤维显微结构的角闪石族晶体交结而成的自然矿物集合体[2]，在很大程度上属于矿物分类学概念；玉器则是自然玉石经过人工雕琢、并赋予了丰富的人文理念的工艺美术品。

夏鼐先生曾主张，玉器的界定应以矿物学上玉的概念为标准，只有闪石玉及辉石玉的制品，才可以称为玉器[3]。杨伯达先生认为“以硬玉、软玉、蛇纹石、水晶、玉髓为原料而制作的工具、佩饰、祭器、陈设品等”[4]为玉器。两者对玉器概念的诠解，涵盖了玉狭义与广义的范围，代表了现今中国学术界对玉器基本的阐释。广、狭义的玉器概念，两者很难偏废，可以互相补充。

二、关于现代科技应用于玉器研究

从上世纪七十年代开始，玉器研究已由传统器物学方法发展到现代考古学方法的新阶段。但也不可否认，一些考古玉器材料的科学性本身就存在一些问题或不足，或是缺乏明确的层位关系或与其它器物的组合关系，或是田野考古发掘清理本身比较粗糙，没有捕捉到并详细记录下瞬息万变的考古现象，或是仅进行局部发掘，以个别代替一般，以偏概全，凡此种种，或多或少影响到玉器研究的深度与广度，同时也影响到玉器研究的学术质量。为此，自然科学的研究方法被引入玉器的研究。

（一）无损分析方法

1.PIXE分析

（1）PIXE分析及特点。质子荧光分析（PIXE）技术是70年代后发展起来的一种X射荧光分析方法。[5]它是以一定能量的质子或α粒子轰击待分析样品，从样品中激发出特征X射线，并用X射线能谱仪测量这些特征X射线的能量和强度，从而确定样品中各元素的种类和含量。

质子荧光分析具有灵敏度高、非破坏性、多元素同时分析和分析速度快等优点；并且由于质子激发产生X射线的同时，也会产生瞬发γ射线和质子的卢瑟福背散射，从而可以方便地同瞬发γ射线分析（PIGE）和卢瑟福背散射分析（EBS）等其他离子束分析方法相结合，获得更多的样品信息；另外通过对质子束进行聚焦可以实现质子微探针分析，从而获得样品中元素的空间分布的信息。[6]由于以上特点，PIXE分析已成为环境保护、生物医学、考古学、地质学和材料科学等研究和应用领域中一种重要的分析手段。

（2）PIXE分析技术在考古学上的应用。质子激发的特征X射线能谱分析（PIXE）技术具有灵敏度高，分析速度快，多元素同时分析能力强和非破坏性分析等一系列优点，在微量元素分析中显示出巨大的优越性，被广泛地应用于环境科学、生物医学、地质科学和考古学等领域。

PIXE分析技术由于灵敏度高、可进行无损和外束分析等特点，特别适用于对珍贵文物进行分析，这使得它在考古研究中有着广泛的应用前景。如复旦大学利用PIXE外束分析技术对埋藏了2500年的越王勾践剑及其玻璃饰物中各元素的含量进行了分析和研究，从而为我国古代冶金技术和玻璃烧制技术的考古研究提供了真实有力的佐证。[7]同样PIXE分析技术也可对中国古代玉器进行成分分析。

2.X射线衍射分析（XRD）

（1）X射线衍射分析（XRD）及优点。X射线衍射分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法。当某物质（晶体或非晶体）进行衍射分析时，该物质被X射线照射产生不同程度的衍射现象，物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型、构象等决定该物质产生特有的衍射图谱。X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。因此，X射线衍射分析法作为材料结构和成分分析的一种现代科学方法，已逐步在各学科研究和生产中广泛应用。

（2）X射线衍射技术在材料分析中的应用。由X射线衍射原理可知，物质的X射线衍射花样与物质内部的晶体结构有关。每种结晶物质都有其特定的结构参数（包括晶体结构类型，晶胞大小，晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等）。因此，没有两种不同的结晶物质会给出完全相同的衍射花样。通过分析待测试样的X射线衍射花样，不仅可以知道物质的化学成分，还能知道它们的存在状态，即能知道某元素是以单质存在或者以化合物、混合物及同素异构体存在。同时，根据X射线衍射试验还可以进行结晶物质的定量分析、晶粒大小的测量和晶粒的取向分析。

3.激光拉曼光谱分析（LRS）。

（1）激光拉曼光谱技术的基本原理及其发展。拉曼位移Δν反映物质分子和晶体的振动谱，通过分析拉曼光谱的峰位、峰强、线型、线宽达到从分子水平研究样品结构及分析鉴定物质。共焦显微拉曼技术可有效排除焦平面外的干扰信号，适用于半透明样品，这使其在古玉、古玉器结构测试和材质鉴定中显示出其他，技术无法替代的重要地位。多波长激光拉曼光谱仪针对不同吸收带的样品可减少荧光背景影响，峰值强且信噪比更好。

珍贵文物的流动和检测受国家相关法律约束，近几年激光拉曼光谱仪逐渐向便携式发展，其科学研究的建立是非常有必要的。目前国内外许多公司都已研制出灵敏度更高的便携式拉曼光谱仪，可提供更丰富的拉曼信息，为判断古玉和古玉器的分子结构提供了有力的依据。

（2）激光拉曼光谱技术在中国古代玉器无损鉴定中的应用。近几年来中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心联合复旦大学与国内文物考古研究所和博物馆合作，开展了用PIXE，XRD和Raman光谱等无损分析方法综合测试出土的300多件中国古代玉器。从测试结果可看到当前的测试分析研究工作集中在黄河流域的河南、湖北及长江流域的良渚文化遗址，对中国古玉器质地和溯源有了进一步的认识。

目前，Raman光谱还限于对玉石的真伪鉴定阶段，对中国古代玉器进行无损岩相结构分析尚少见报道，也是目前正在发展的无损分析方法。由于聚光斑点小，所以可以对微区岩相结构特点进行研究，但需要对玉材的拉曼光谱有仔细的测试和分析以作为测定的标准。

Raman光谱法是一种通过获取样品指纹频率得到物质结构信息的无损检测方法，是一种判断玉器玉料的有效手段。通过以上比较可得Raman光谱与外束PIXE和XRD分析相互结合可以克服多种仪器条件的限制，取长补短，相互验证，从而可以对未知玉质的古玉器做出迅速、准确的定性分析。

无损成分和结构分析方法为古玉器的鉴定提供了有力的证据，阐明了激光拉曼光谱技术在古玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析研究方法。

（二）微痕观察法

微痕观察或称细部观察，是近年玉器工艺研究、鉴定研究时兴起的一种手段。通常，玉石器的微痕分析主要借助于光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）的图像观测。而数字图像处理技术的发展使得可以利用数码显微镜获取较前述几种方法更为丰富的信息。以便携式数码显微镜对良渚文化34件（20件系2009年出土于浙江省杭州市余杭区良渚街道梅家里遗址，14件为2012年出土于浙江省杭州市余杭区良渚街道官井头遗址）玉器进行了表面观察，对玉器制作工艺微痕做了分析研究为例。[8]

1.仪器设备

观察分析采用日本KEYENCE公司VHX-600E型数码显微镜选用VH-Z20R型变焦镜头放大倍率20-200倍使用VHX-600E自带照明灯进行观察。

2.制作工艺微痕研究

（1）切割痕迹。良渚玉器上的切割痕包括线切割痕和片切割痕其中的线切割指以筋弦等柔性物件裹带解玉砂作弧形运动为特征的玉料截割方式线切割所形成的切割面由于两端牵动时不可能一直保持在同一水平线上所以往往在弧线中段附近呈现波浪的形状凸起部分一般在后期打磨抛光时消除而凹陷部分往往保留下来。

（2）钻孔痕迹。绝大多数良渚文化玉器上都有圆形或近圆形孔眼。由于单面钻孔时容易使另一面近孔处发生迸裂因此均采用两面对钻。在良渚检测的34件玉器都有孔眼最多达4个均采用两面对钻。

（3）研磨痕迹。研磨对于玉器加工异常重要，是使器物规整造型精美、器表光润的主要手段。

（4）纹饰观察。良渚文化玉器中雕琢纹饰的种类不在少数，玉琮是其中极富特征的一种器型。如梅家里M18：6玉琮上的纹饰以阴刻线为主。

3.微痕分析的侧重点

众所周知，不同工具、不同工作方法施作于不同材质的玉料，呈现出来的痕迹也各不相同。玉器琢碾痕迹的显微研究集中在工艺的点、线、面；观察区域经放大到60倍乃至120倍，观察部位主要在阴线的边、壁、底。边、壁、底三处的特征则可以按照考古类型学的方法归纳组合出各种微痕类型，而这些形形色色的微痕类型就是各个时代工艺技术的表征。

三、小结

中国是东亚乃至世界玉器文化最发达的国家。玉器是中华文明的特殊载体，玉器研究是传统金石学、现代考古学、文物学和地质学、矿物分类学的一个重要研究领域。随着时代的发展，科技的进步，玉器研究方法因时代而异。过去传统的古玉研究及鉴定方法已不能满足玉器研究及鉴定的需要，自然科学研究方法被引入玉器研究领域将对玉器的鉴定、材质分析、定时代、定价值等研究取得长足发展。但是仅靠自然科学在玉器研究是远远不够的，所以笔者认为玉器研究应该讲传统方法和现代科技新方法相结合，以取得互补的效果。

参考文献：

[1]（汉）许慎撰，（宋）徐铉等校《说文解字》，上海古籍出版社，2007年。

[2]牟永抗：《试论中国古玉的考古学研究》，《出土玉器鉴定与研究》，紫禁城出版社，2001年。

[3]夏鼐：《有关安阳殷墟玉器的几个问题》，《殷墟玉器》，页1-7，文物出版社，1982？。

[4]杨伯达：《玉器》，《中国大百科全书·考古学》，页627-628，中国大百科全书出版社，1986？。

[5]赵国庆、任炽刚《核分析方法》，原子能出版社，1989年版，212页。

[6]王广甫《PIXE分析技术及应用》，《现代仪器》2002年02期。

[7]任炽刚、承焕生、汤国魂等《质子X荧光分析和质子显微镜》，原子能出版社1981年版。

[8]张文元、崔强等《综合分析方法对余杭良渚遗址群出土玉器的原位无损研究》，《敦煌研究》2013年01期。