第二講：玉雕礦物學概論課題綱要（七）

第五章：玉的特徵

第一節：皮殼；

• 器物表面的物理、化學結構受到保存環境、使用環境或埋藏環境的影響，產生次生變化，形成皮殼。

• 皮殼的主要礦物組成仍然是透閃石，含量在90%左右，另外有少量次生礦物，即黃褐色非晶態的褐鐵礦類、黑色非晶態的錳質礦物類和微細鱗片狀的黏土礦物類，含量約占10%。

• 皮殼的主要成分為透閃石，其次有少量褐鐵礦、軟錳礦、綠泥石、蒙脫石和伊利石等表生礦物。

• 皮殼的光澤越好，即越偏向油脂光澤，內部玉質越好;越偏向土狀光澤，則內部玉質越差。皮殼越薄其內部玉質越細膩、越好。

• 皮殼的顏色越偏向紅色，其內部玉質越好，多為黃白玉或黃綠色玉;而越偏向黑色，則其內部玉質越差，多為深色玉。

閃石玉礫的全岩化學分析結果(%)（國家地質實驗中心測定）

①Al₂O₃、Fe₂O₃、Mn0、P₂O₅、H₂O，皮殼層的相對含量大於內部的玉質層。
②SiO₂和FeO，皮殼層的相對含量小於內部的玉質層。
③K₂O、Na₂O、CaO、MgO、TiO₂，皮殼層的相對含量有的樣品大於玉質層，有的樣品則小於玉質層。

皮和肉的微量元素含量相差較大。具體情況如下:

①大多數微量元素，如Be、Cr、Cu、Ni、Pb、Sr、V、Nd、Mo等，在皮殼中的含量遠小於在肉中的含量，表明在外生環境中有大量的流失。
②個別微量元素，如Zn，皮殼中的含量大於肉中的含量。
③少量微量元素，如Ba、Y、Sc等，皮殼中的含量有的樣品大於肉中的含量，有的樣品則小於肉中的含量。

閃石玉礫的密度和摩氏硬度

樣品編號	密度（g/cm3）		摩氏硬度
	皮殼層	玉質層	皮殼層	玉質層
HM-1	2.83	2.95	5.26	6.09
M-3	2.79	2.93	6.06	6.26
M-4	2.82	2.97	4.92	5.35
M-5	2.85	2.92	5.13	5.93

第二節：沁色；

• 關於宋代玉器上人工染色的情況，只是在清嘉道時期的玉器鑑賞家陳性《玉紀》一書辨偽一節中，有如下記載:更有宋宣和、政和間玉賈贗造，將新玉琢成器皿，以虹光草汁罨（眼）之，其色深透，紅似雞血，時人謂之得古法，賞鑑家偶失於辨，或因之獲重價焉。

• 此等今世頗少識家，呼為老提油者是也。

• 陳性為清代人，所記宋代用虹光草汁染色製作老提油偽古玉的事情，可能是聽別人的傳說，不是十分可靠，但也非常值得重視。

• 古玉受沁之說，首見於清道光19年（西元1839）陳性所著《玉紀》一書，

• 清代李鳳公著《玉紀正誤》對玉受沁成色之原因，認為均由礦物質受氧化、酸化或硫化而致。

• 清代學者劉大同言：「受沁之原，不易深究」。

• 《玉紀》記：玉古色有硃砂紅、雞血紅、棕毛紫、茄皮紫、松花綠、白果綠、秋葵黃、老酒黃、魚肚白、糙米白、蝦子青、鼻涕青、雨過天青、澄潭水蒼等。

• 另外還有許多關於玉色的說法。

• 古玉沁色很多，主要有黑色，泛稱水銀沁、黑漆古；綠色，稱為銅沁；白色如霧，泛稱水沁；赭褐色，稱鐵鏽沁；暗黃色，稱土沁；紫色壽衣，稱錳沁。

• 通常一價鐵呈黃色，二價鐵呈赤紅色，三價鐵呈紅褐色，四價鐵呈黑褐色，

• 其穩定性與價數呈正比關係。

• 首先是成器礦料原色，古玉在相似條件下由不同礦料輾製，則受沁程度會有差異。

• 其次是成器後的人為因素，包括隨身的佩戴使用與盤摸、以及因器物加工的精細與粗糙程度造成受沁程度的不同。

• 最後才是隨之入土或傳世的逐漸變化。

• 白色受沁處和未受沁處在掃描電鏡背散射電子像中的亮度不同，白色受沁處的亮度較高，說明該處重元素含量較高。

• 白色受沁處的矽和鎂含量均比未受沁處低5~6%，而鐵的含量變化不大。

• 可見，白色沁色的形成並不是由於鐵元素流失，而主要是由於矽和鎂元素的流失。

• 受沁處的玉器微觀呈現島嶼狀，結構受到一定破壞。

• 1991年聞廣經過實驗：加熱至600℃以上，玉塊表層變為棕黑色，及至900℃以上褪色發白且半透明度明顯降低。

• 古玉沁色主要與礦體本身的結構、成分、結晶水釋出及其他金屬離子交換沁入有關，之後又直接受入土或陪葬物，以及墓葬環境地下水、地熱、地壓、土壤酸鹼值等氛圍因素的影響，尤其土壤中富含金屬化學元素，以及掺雜人為隨葬有機物或金、銀、銅、鐵、金屬鏽蝕器物等複雜干擾因素影響。

• 放王崗西漢呂柯墓FM1：237玉帶鉤

• 白斑MgO含量明顯下降，從正常處的25%左右下降到15%；

• Al₂O₃含量則由2.0%左右上升到5.0%；

• CaO含量也大幅度上升，例如FM1:237中CaO含量由12%上升到24.1%，增加了1倍。

• 礦物晶間水與外圍元素產生作用或礦物分子變構造成。

• 綠色之銅沁、棕色之鐵沁（FeO、Fe₂0₃）、黑色的碳變質。

• 黃色與褐纖礦的滲入有關。

• 沁蝕：器表的鬆散結構溶失產生的坑洞。

• 微生物活動作用。

• 提油；作色；蝕刻。

1.水銀沁：

• 1960年湖南長沙楊家山鐵路工地12號墓出土的龍形玉璜佩、玉劍璲， 1980年湖南臨灃九里茶廠1號楚墓出土的鳥形玉觹和鏤空雙龍首紋玉璜。

• 這兩個墓葬沒有使用朱砂的跡象。

• 使用拉曼光譜儀，XRF無損檢測儀，黑沁部位的XRF檢測點，有明顯的Hg元素訊息，非黑沁的檢測點沒有Hg信號。

• 汞加硫能生成黑色硫化汞，但是墓葬中並無硃砂。

• 不可忽略溫度將玉中的二價鐵氧化成三價鐵變為黑色的作用。

2.白化 ：

• 古玉器白化部份的礦物結晶組織變得疏鬆，同時組成礦物的晶形也作不同程度的改變。

• 例如，新鮮的玉石原來是平整的葉片狀結晶組合，但白化后變為波浪狀組合，或不定向的纖維狀。

• 白化部分由於晶體的變形及變向造成晶間空隙。

• 晶間空隙可以造成光線的折射、亂射而形成白化。

• 這如同冰與雪的關係。

• 火燎綠色玉器，顏色由綠色＞黑色＞褐色＞白色。

• 透閃石（Tremolite，Ca₂Mg₅[Si₈O₂₂(OH)₂）因失去結構水而變為透輝石 (diopside，（CaMgSi₂O₆）。

第三節：顏色；

• 礦物顏色的成因分為三類，即自色、他色和假色。

• 自色是指礦物顏色是由其主要固有化學成分所形成的顏色，顏色比較穩定而單一，例如菱錳礦的粉紅色是由錳元素致色，其化學式為MnCO₃。

• 他色是指礦物顏色是由組成礦物固有化學成分以外的少量或微量雜質元素所引起的顏色，他色礦物因其致色的離子種類較多，致使其顏色種類豐富，變化較大。

• 有時同一種致色離子在不同的礦物中可引起不同的顏色，例如，Cr³⁺在紅寶石中引起紅色，而在祖母綠中引起綠色。

• 假色是指由某些物理光學效應（主要是光的內反射、內散射、干涉等）所引起的顏色，如方解石解理面上常見的虹彩狀暈色，斑銅礦表面常見的色彩斑斕的錆色和拉長石常見的暈彩等。

• 顏色分為五種成因類型:過渡金屬離子致色、離子間電荷轉移致色、色心致色、能帶致色和物理光學致色。

• 顏色可能是單一成因的，也可能是多成因的。

• 國內外對於單晶體寶石的顏色成因做了許多研究工作，而針對玉石顏色成因的研究工作相對較少。

• 對於蛇紋石玉和閃石玉顏色的成因，Grudinin（1979）、王春雲等（1990）和吳瑞華等（1994）都做過一些工作，比較一致的看法是，其致色原因主要是過渡金屬離子致色，具體來說，是由於取代Mg²⁺，而占據畸變八面體位置的Fe²⁺、Fe³⁺、Ni²⁺和Cr³⁺等離子引起的。

• Fe³⁺在一定範圍內的相對含量的變化為綠色蛇紋石增加了黃色調。Mn²⁺離子本來為紫色調，但因其含量很低，只可能在一定程度上影響蛇紋石的綠色調，當含量較高時可使蛇紋石的綠色調加深。

• 綠色蛇紋石玉中Fe²⁺占絕對優勢;黃色蛇紋石玉的Fe³⁺相對較高。Fe²⁺/Fe³⁺值是蛇紋石玉色調的主要因素。值高時，綠色調增加;值低時，黃色調增加。

• Fe²⁺/Fe³⁺值的不同決定了蛇紋石玉黃綠色調的不同和規律變化。

1.岫岩閃石玉顏色的控制因素：

• 從白色、黃白色到綠色、墨綠色再到黑色，隨着顏色的加深，Fe²⁺和Fe³⁺的含量有規律地增加。尤其是Fe²⁺的曲線呈明顯的上升趨勢，即Fe²⁺的含量逐漸增加，色調最深的玉石中Fe²⁺含量最高。

• Mg²⁺的含量曲線呈明顯的下降趨勢，它與Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Al³⁺的上升趨勢成明顯的反消長關係。

• Ca²⁺、Mg²⁺、Si⁴⁺是閃石的固有化學成分，Na⁺、K⁺、Al³⁺是類質同象混入成分，它們都是具有高對稱和穩定結構的陽離子，可見光的能量不足以使它們外層電子躍遷而使礦物致色，不是閃石玉的致色離子。

• Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺含量隨着閃石玉顏色的逐漸加深，表現出明顯的上升趨勢，由此可以推斷，Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺是閃石玉致色的主要因素，其含量的逐漸增高，致使閃石玉顏色有規律地加深。Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺含量隨顏色加深表現出明顯的上升趨勢，與Mg²⁺含量的明顯下降趨勢互為消長，表明Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺是有規律的替換了晶體中Mg²⁺，以六次配位的形式占據八面體位置，這是由於它們的離子半徑非常接近，地球化學性質極為相似，存在着密切的類質同象替換關係。

• Ni²⁺隨着顏色的加深呈較明顯的上升趨勢，從白色閃石玉到綠色閃石玉，其上升緩慢，而在深色閃石玉中隨色調的加深上升明顯，表明Ni²⁺對閃石玉的墨綠色調有一定的影響。

第四節：呈色；光澤；

1.呈色：

• 鈣及鎂會致白色，鐵會致綠色。

• 灰色可能是由於含有錳；鉻的呈色作用使玉呈翠綠色；錳和矽化合使 玉呈紫色或紫紅色。

• 金受酸化可成紅色或紫色，銅受酸化為綠色，鐵受酸化為黃色，硫化為赤色，鋅受酸化為藍色或黃色，鈷受硫化為黑色，錳受硫化為黑色。

• 含有微量的鉻即呈翠綠色；含亞鉻酸則呈黑色或灰色；含氧化亞鐵為淡綠至墨綠色；含氧化鐵便呈黃色或黃褐色；含鈦呈淡黃色，矽酸錳使之呈紫色或紫紅色。

• 軟玉中以含鐵、碳酸銅而呈綠色或褐色的為多，

• 硬玉的翠綠色主要因含鉻。

2.光澤：

• 光澤是指玉石對光的反射能力，它與礦物的折射率、吸收系數和反射率有關。

• 通常反射率越高其光澤就越強。

• 按反射率的高低，可將礦物的光澤分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤。

• 另外由於礦物表面的平滑程度、集合體的結合特點以及解理、裂縫等的影響，還會產生一些特殊光澤，如油脂光澤、樹脂光澤、蠟狀光澤、絲絹光澤和珍珠光澤等。

• 光澤類型和強弱取決於礦物的表面性質和吸光量的大小。

第五節：透明度：（俗稱水頭）；

• 透明度是指可見光自由透過的程度，光線通過得越多其透明度越好，光線通過得越少其透明度越差。

• 透明度與礦物原子的鍵結方式有關。

• 透明度可分為透明、亞透明、半透明、微透明和不透明五個級別。

• 礦物集合體的排布方式、平均粒度是決定軟玉透明度的主要因素。

• 軟玉礦物集合體，除雜質的結構外，組成礦物質和雙折射率對透明度的影響也較大。

• 例如，方解石的雙折射率較大為0.172~0.190，因此大理石的透明度一般較差；硬玉的雙折射率較小，較0.011~0.016，所以翡翠的透明度相對較高。

• 礦物集合體結構越致密，定向性越好，透明度就越高。透明度越好的樣品其平均粒度越小。粒度相對變化越小的樣品其透明度越好。

• 礦物顆粒越粗、排布越雜亂，粒間間隙就越大，內反射界面越多，光在不同顆粒間傳播時，折射作用和散射作用增強，降低了玉對光的透射作用，使得透明度降低。

• 玉為含水岩石，經測定，w（H₂O）較高，平均可達11.7%左右，透明度從好到中到差變化的過程中，水起到重要作用。

• 礦物在加熱過程中，其成分和結構將發生變化，其中主要的就是失水。

• 蛇紋石礦物吸附水的脫失溫度在100℃以下，層間水在400℃~600℃下脫失，結構水在700~800℃的高溫下明顯失重。

• 葉蛇紋石在600℃前脫失的主要是層間水和少量的吸附水。

• 從500℃開始，結構水已開始較明顯地脫失，550℃晶體結構發生突變，羥基脫失加速。600~800℃是其主要脫失區間，形成一個很深的吸熱谷，谷峰溫度為756℃。800℃後，發生明顯相變。

• 玉石透明度越好的樣品，結構水的吸收帶強度就越大。

• 玉透明度的變化與吸附水的進入和脫失有關；雜質、裂隙、顏色濃度對透明度都有影響。

• 蛇紋石是一種含水高達12%的層狀硅酸鹽礦物，據差熱分析和X射線衍射分析，結構水、層間水和吸附水均存在。

• 結構水是以（OH^-）形式存在，參與晶格結構，差熱分析表明700℃以上大量脫失。

• 層間水是充填在結構層間的水，以水分子（H₂O）形式存在，加熱30℃以上即開始脫失，100~200℃是高峰。

• 吸附水是充填在粒間和裂隙中的水，常溫下即可脫失。

• 據此分析推斷，蛇紋石玉在常溫下脫失的水是吸附水，可能有部分層間水。

• 水是導致軟玉顏色鮮艷和透明度高的重要因素，失水則會造成蛇紋石玉顏色變淺和透明度變差。

第六節：熱活化；

• 當熱活化溫度升高到150℃時，葉蛇紋石的特徵衍射峰強度增加到兩倍以上，這可能與葉蛇紋石中吸附水和層間水的脫失有關。

• 從150℃到400℃，葉蛇紋石特徵峰強度有不斷減弱的趨勢。

• 熱活化溫度達到500℃時，葉蛇紋石八面體片中的羥基開始顯著脫失，並出現鎂橄欖石新物相，但層的結構仍然保持；

• 當溫度達到550℃時，葉蛇紋石的層狀結構被完全破壞；

• 溫度升高到650℃時，鎂橄欖石結晶度增高，並出現頑輝石新物相；

• 當溫度達到1050℃時，鎂橄欖石的含量略有減少，並出現較多的晶質頑輝石物相。

• 葉蛇紋石的脫羥，實際上從200~300℃就緩慢開始，500℃時相對明顯， 550~650℃脫羥速度加快，大約800℃時，羥基全部脫出。

• 葉蛇紋石在550℃熱活化處理後，其比表面積增大了約20倍，葉蛇紋石比表面積的增加極大地提高了其吸附金屬離子的能力，所以我們可以利用經熱活化過的蛇紋石尾礦來處理工業污水，降低其重金屬含量。

• 蛇紋石熱活化後，比表面積增加了20倍，而樣品的粒度和形貌並沒發生太大變化，說明比表面積的增加是晶體內部結構重組所致。

• 矽質熔合原理認為，石料內部的石英顆粒在高溫作用下變得十分活躍，熔合更加緊密。

• 玉髓、燧石等石料因此變得更均質，呈現出玻璃質感。

• 90%以上的石料經過熱處理會發生顏色變化，不同石料的顏色變化不同，多數含有鐵化合物的石料會變成紅色或粉紅色。

• 黃色玉髓經過加熱會呈現暗紅色或紅黃相間。

• 熱處理將灰黃色玉髓變成桔紅色瑪瑙。

• 黑色和灰白色的皂石在高溫下烘烤，形成方石英、頑輝石和礬土的新混合物，不僅呈現出理想的白色，而且增加了硬度。

• 台灣透閃玉在750℃時失去部份結構水，而重量減輕，在815℃~824℃之間部分FeO氧化為Fe₂O₃，而重量加重。

• 在加熱到860℃時，顏色變黑。

• 在很多岩石裏，如鐵的是以氣化狀態存在(三價鐵)時，顏色為紅色，如以還原狀態存在時(二價鐵)，顏色為灰色。

第七節：折射率；

• 光在空氣中的傳播速度與在晶體中的傳播速度之比稱為折射率。

• 比如水的折射率是1.33，表示光在真空中的傳播速度是在水中傳播速度的1.33倍。

• 二氧化鈦（金紅石）為2.496；金剛石（鑽石）為2.417；琥珀為 1.55； 石英為 1.458；氯化鈉為1.5。

第八節：比重；硬度；晶系；解理；斷口；習性。

1.比重：

• 礦物的比重是其重量與同體積水重之比。可以用數字表示。

• 如：石英的比重2.65，即表示石英比同體積的水重2.65倍。

2.硬度：

• 硬度是指礦物對摩擦的抵抗力。

• 摩斯（F.Mohs）發明一套硬度標準，分為十級，稱莫氏硬度。

• 指甲2.5度，硬幣3.5度，刀刃5.5度，玻璃6度。

3.晶系：

• 礦物結晶的幾何形狀可分成六類，稱為晶系。

• 單斜晶系；三斜晶系；斜方晶系；正方晶系；等軸晶系；六方晶系/三晶系。

4.解理：

• 礦物沿一定薄弱平面裂開的方式。

• 解理面通常在原子層之間，或在原子鍵結力最小的地方。

• 立方體解理、柱狀解理、平面解理。

5.斷口：

• 經敲打、裂開留下的粗糙不平表面。

• 解理面一般都很平。

• 常見術語：參差狀、貝殼狀、鋸齒狀、多片狀。

6.習性：

• 即礦物的外形特徵，如：樹枝狀、柱狀、刀刃狀、針狀、塊狀。

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