新疆和田玉矿物组成、显微结构及其观赏性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

凡是达到或者具备工艺要求的有价值的矿物集合体，都可称为玉石[1]。我国玉石品种很多，最著名者有和田玉(也叫“和阗玉”)、帕岩玉、南阳玉(独山玉)、祁连玉等。其中和田玉分布于昆仑山、天山和阿尔金山等地区，以青玉为主，也有白玉和青白玉。

新疆和田玉历史悠久，7000多年前的文化遗址中已经发现了和田玉。最早出现的和田玉并不是像现在一样用作装饰品，当时玉制品主要还是作为一种工具或者是器具。后来随着时代的发展和生产力水平的提高，和田玉作为工具的功能逐渐退化，它开始作为一种装饰品出现，也就是我们后来看到的各种玉质装饰物。由于和田玉的高品质，所以它不仅在中国非常受欢迎，在世界范围内也是供不应求的，这就直接导致了新疆和田玉价格的居高不下[2]。这与它的供求关系有非常大的关系，这种供求关系也促使和田玉的产量急剧增长。现在复制天然玉石已成为可能，合成玉石与天然玉石难以鉴别，市场上鱼目混珠，大大的影响了和田玉的声誉。

由于和田玉是十分珍贵的珠宝工艺品材料，在中国古玉器和玉文化中地位显著，因此，中国研究者十分重视。近年来，基础研究发展很快，研究成果已涉及到和田玉的各个方面，同时也涉及到不同产地的和田玉。2002年9月在新疆和田市召开了全国和田玉学术讨论会，配合会议的召开，《岩石矿物学杂志》增刊出版了和田玉专辑其中众多学者报道了和田玉的研究成果，包括和田玉文化物质组分、物理性质、矿物学特征、岩石学特征等，同时还报道了新疆玛纳斯碧玉、辽宁灿岩软玉、江苏漂阳软玉等其它产地的研究成果[3]。其主要特征有:(1)现代先进的分析测试方法应用于软玉研究中。这些方法包括电子探针、扫描电子显微镜、x射线粉末衍射分析、拉曼光谱、红外光谱、同位素等，大大深化了对和田玉矿物学、岩石学和宝石学特征的认识;(2)开始从和田玉的成分、结构构造等方面探讨影响和田玉质量的内在因素，为和田玉的质量评价提供了科学依据;(3)新的和田玉矿床不断被发现，不同产地和田玉玉的研究成果逐步增多。

2. 研究的基本内容与方案

2.1和田玉概述

2.1.1和田玉的名字来源

“于田玉”是指古代于田国所产的玉，于田国的中心在现在的新疆和田地区，清朝光绪年间设和田直隶州，故有“和田玉”之名。在2003年11月修定后的《珠宝玉石国家标准》中，重新明确规定了可以使用“和田玉”定名。和田玉已由产地名称，演变成天然玉石品种名称，已经不再单纯是产地含义。和田玉定名主要考虑以下三点[9]:①结构细腻，颗粒极小，油脂—腊状光泽较强;②地区分布以中国昆仑山脉为典型代表;③属软玉，白玉是和田玉的基本品种，羊脂玉是优质白玉，其它还有青白玉、青玉、碧玉、墨玉、黄玉、花玉、糖玉诸种。

2.1.2和田玉的产地分布

新疆和田玉分布在新疆所辖昆仑山和阿尔金山一带。西起喀什地区的塔什库尔干塔吉克自治县，中经和田地区，东到巴音郭楞蒙古自治州的且末、若羌县，北至塔里木盆地边缘，南到昆仑山和阿尔金主峰，全长约1300千米，宽约80-150千米，地域范围内包括3个地州共14个县市[10]。

昆仑山玉矿：从地质调查得知，和田玉矿在新疆境内主要分布丁昆仑山西部，在叶城到于田一带的山、河中。除各河流产仔玉外，原生矿床集中分布在以下几个地区。

1.莎车一叶城地区：原生玉矿主要有大同、密尔岱、库浪那古等地。大同玉矿在元代时曾人最开采，并没有碾玉作坊，现在调查见有玉矿体五个，古代多已开采。密尔岱是清代最重要的玉矿，有几处矿开采盛时达三千多人，以产大玉著名，清代贡玉也多来自此处。密尔岱山地区玉矿有密尔岱、血亚诺特、要隆等玉石矿，分布在海拔高3500-5000米的高山地区，地形切割剧烈，这个地区有多少玉矿至今是个谜。这是一个古老的玉矿，玉矿生长在人山的中间一段，资源非常丰富，并以产优质青工著称。在二十世纪80年代，地质工作者首次对密尔岱山玉矿进行了调查，见玉矿带长120米，宽3-5米，有多个玉矿体，沿一定方向断续串成矿脉状，自地表至下30米深，大多被采空，玉石以青玉和青白玉为主，白玉极少。玉矿的生成与所有和田玉矿一样，都是由接触交代作用形成，地质条件相似。青玉矿体产在自石石大理岩中，玉矿残留开采矿坑甚多，较大者有三个，最大一个采矿坑约长70米，宽20米，深30米。这只是一个踏勘性调查，矿区也没有进行详细勘察，因此，密尔岱山资源情况总体尚不清楚，有待深入调查。

2.皮山一和田地区：这是古代产玉最著名的地区，早在汉代《史记》中就记载。产玉之河以玉龙喀什河和喀拉喀什河最驰名，原生玉矿主要有皮山县赛图拉、铁日克、和田县奥米沙等处。赛图拉和铁日克地段于喀拉喀什河上游区域，玉矿产地多，资源最大，多为青玉，并有白玉、青白玉等，有的玉石颜色为灰白色，现代也进行了开采。玉龙喀什河流域的原生玉矿，虽然在黑山一带有线索，但是碍于冰山之r雪，人不能登山勘察，至今还是个谜。

3.策勒-于田地区：河流中也产玉，但以原生矿著名，其分布于策勒县哈奴约提河、丁田县阿拉玛斯、依格浪占地段。丁田县阿拉玛斯玉矿是从清代开始一直到现在开采的重要玉矿，以产白玉著名于世，该矿化带长达千米，有两个矿段，多个矿体，是近百年来出产自玉山料的主要矿山，现已基本停采。

阿尔金玉矿：现代地质调查得知，阿尔金山产出的和田玉主要分布在以下两个地区:

1.且末地区：是阿尔金山产玉的主要地区，除河流中产长外，原生矿分布于且末县的东南。在长约110千米范围内已知有五处产地，在海拔3500米以上的高山上，有塔什赛因、龙努斯萨依、塔特勒克苏、布拉克萨依、哈达里克奇台等玉矿。且末县产的玉是玉器界中有名的“卡羌料”，1972年找到了古玉矿，1973年成立且末县玉石矿。从此，阿尔金山玉矿在沉睡多年后，再次展现了绚丽的丰采。从1972年到现在，累计采玉达3000多吨。现在，阿尔金山和田玉矿山料占全疆和田玉山料总产量的三分之二左右，成为新疆和田玉山料的主要基地。

2.塔特勒克苏：是且末县的主要玉矿，这个玉矿产于片麻状花岗岩与白云石大理岩的接触带内，成矿与阿拉玛斯等玉矿基木相似。有多条玉矿化带，受断层带控制，长几十米到上百米，宽几十厘米到几十米。矿体产于矿脉带中，矿体大小规模不等，单体矿体长十余米，宽一至两米，矿体呈脉状、团块状、巢状，非常不规则。有七个矿，其中主要是三号矿，它分布在矿区的中间地带。其次是二号矿和五号矿,分布在悬崖陡壁上，开采困难。五号矿在1983年采出的一块重420公斤的优质白玉，由扬州玉器厂雕琢出一件白玉“五塔”，被国家珍藏。

若羌地区：分布于若羌县城的西南和南部，从瓦石峡到库如克阱依一带。库如克萨依玉矿，位于若羌县城南的高山地区，古人已开采。二十世纪90年代重新开采。是产玉的重要矿山之一。经初步地质调查，在35平方公里内有五个玉矿和一个玉矿化点，玉矿化带长30-80米，宽3-8米，一般矿带内有2-4个玉矿体，玉石以青白玉和青玉为主，玉略带黄色，已开采出玉150吨以上，是一个远景广阔的玉矿。近年来在米兰地区发现有和田玉的报道，表明玉矿带一直向东延展。

2.1.3和田玉的成矿机理

1.原生矿床成因：和田玉的原生矿床属于中酸性侵入岩与镁质碳酸盐岩接触带型，成因为接触交代，在世界上具有典型意义。接触交代型的和田玉矿床是产于花岗岩、花岗闪长岩与白云质大理岩接触带中的矿床，其伴生蚀变矿物主要有:尖晶石、镁橄榄石、透辉石及金云母等。矿体呈不规则脉状、透镜体状及束状、以白玉、青白玉及青玉为主。这类矿床最典型的例子是新疆和田-于田地区的和田玉矿床。由于该类软玉矿床的侵入体和围岩含铁质较蚀变交代超基性岩低，因而，该类矿床所形成的玉的颜色浅。和田玉矿的形成受围岩、侵入岩、构造等因素控制，新疆和田玉形成的主要地质事件为:元古宙海相镁质碳酸盐岩沉积阶段;元古宙末期塔里木运动区域变质作用形成白云石大理岩阶段;晚古生代中酸性岩浆侵人白云石大理岩交代蚀变阶段;晚期接触交代作用成玉阶段。同时，软玉的形成包括成岩(透闪石)和成玉两个阶段。而透闪石-阳起石是自然界中分布广泛的造岩矿物，新疆和田玉是呈致密块状的极为细粒的糜棱岩，具特征的显微纤维交织结构的透闪石一阳起石系列矿物集合体变种，分布不广而不常见。因此从透闪石-软玉的转变机制是研究成玉的根本，然而这一问题至今都没有得到圆满的回答。

2.砂矿型矿床成因：因和田玉化学性质稳定、硬度和密度大，因而，在冰水、洪水及河流等营力作用的搬运下，可形成砂矿。我国新疆和田玉原生矿多产于海拔4000-5000m的雪线一带，开采不便，但冰川砂矿或冲积砂矿开采方便，因而是和田玉的重要来源。一般，和田玉矿形成面积较大，长达几公里或几十公里，宽约几米至几十米，甚至数百米、厚度1-2m，个别达数十米[11]。

2.1.4和田玉的种类及目前市场上常见的品种

和田玉根据产出环境，分为山料、山流水（戈壁料）、籽料，根据颜色分为白玉、青白玉、青玉、黄玉、墨玉、糖玉、碧玉七个品种。和田玉折光率随着颜色的加深，也逐渐增大，它的变化规律是青玉青白玉白玉[12]。

旧版的珠宝玉石国家标准中，不管哪里出产的软玉，一律定名为“软玉”，这对于商人和和田籽料来说的确不公，2003年出版的新珠宝玉石国家标准中规定，带有地名的天然玉石基本名称，不具有产地含义。但“和田玉”三个字能直接参与定名，这为和田玉奠定了在软玉中崇高的地位。但随着俄罗斯软玉（俗称俄料）、青海软玉和岫岩软玉的出现，一些商家也称它们为“和田玉”。的确，目前新疆至全国的市场上，新疆出产的原料并不占主导地位，尤其是优质的黄玉、墨玉、糖玉、白玉原料。目前青海软玉年产量在1000至2000吨，其中白玉比碧玉多。俄罗斯软玉产量和质量都比较稳定，进口量在500吨以上，以白玉为主。目前市场上手玩件越来越受消费者的欢迎，其中带糖色的手把件80%都是俄罗斯软玉。

2.1.5和田玉的质量评价标准

软玉无论是白色品种系列，还是绿色品种系列，其质量评价都要从颜色、质地、净度（包含杂志及裂纹）、块度四个方面进行评价。颜色鲜艳纯正，无杂色或过渡色；质地坚韧细腻无瑕疵；光泽明亮滋润无磁性，无杂质，无裂纹；④有一定的块度。根据这四项指标，国内工艺界将其分为特级、一级、二级、三级共四个级别（见表一）[13]。

表一、软玉质量分级表

2.2和田玉的化学成分

和田玉的化学式为Ca(Mg,Fe)5[Si4O11]2(OH)2，是一种含水的钙镁硅酸盐，并含少量Cr、Ni、Co等元素。由于透闪石中镁铁间为完全类质同象替代，置换不同，导致矿物颜色、特性不同。在Fe替代Mg2 占据畸变八面体位置时，当Mg2 /(Mg2 Fe2 )＞0.9时，称为透闪石；当0.5＜Mg2 /(Mg2 Fe2 )＜0.9时，称为阳起石；Mg2 /(Mg2 Fe2 )＜0.5时，称为铁阳起石[14]。根据吴瑞华等2002年利用电子探针测得数据分析结果为:和田玉的Mg2 /(Mg2 Fe2 )比值均大于0.9，属于透闪石系列。由于和田玉矿物基本由透闪石组成，因此其主要化学成分接近透闪石的理论值含量,Si0253.34%-57.60%,MgO21.30%-24.99%,Ca011.33%-17.41%(透闪石理论值分别为Si0259.169%,Mg024.808%,Ca013.805%)，而且白玉更接近理论值。次要成分含量少，一般说来，Fe0小于2%,Fe20小于1%,Na20和K20均小于0.3%，Al20小于2%,H20小于2%。其中Fe0含量随白玉到青玉而增加,平均值白玉为0.72%，青玉为1.94%[15]。和田玉中包含结构水，所以其润度非常好，就像是刚从水里捞出来的一样，这个在当地用油性好坏来形容。

2.3和田玉的基本性质

2.3.1和田玉的矿物组成

和田玉矿物成分主要为透闪石或阳起石，呈细粒纤维状、针状，伴生矿物有铬尖晶石、透辉石、磁铁矿针镍矿、石墨、独居石等其中透闪石晶体结构为硅氧四面体以角顶相连形成平行C轴的双链(可看成两个单链组成)，其中络阴离子团[Si4O11]6-，连接双链的阳离子Mg2 、Fe2 位于双链中活性氧及氢氧根离子组成的八面体空隙[16]。

根据显微镜下观察和田玉岩石薄片发现，和田玉基本上是由透闪石的微晶隐晶质集合体构成的，依据矿物组分及其表现形式，可将其分为显微纤维状透闪石、片晶透闪石和杂质矿物三个部分[17]。

显微纤维状透闪石含量为80%-90%或更高，含量越高，表现在手标本上为结构愈细致均一。显微纤维状透闪石依据其聚合形态和大小，又可分为隐晶质部分、无定向毡状显微纤维鳞片、近平行的纤维束以及放射状(帚状)纤维团等。隐晶质部分在显微镜下无法分清透闪石的颗粒大小和形态，以基质形式存在，微具毛发特征;聚偏光现象明显，干涉色较低，交织成毡状、团块状无定向毡状显微纤维鳞片是由不定向透闪石显微纤维杂乱交织成的集合体，大小在显微镜下不可测，但形态可以依据消光现象大致分清近平行的纤维束状透闪石，纤维沿长轴近似平行排列，消光方向平行于纤维延长方向。放射状(帚状)纤维:团簇状透闪石纤维呈放射状分布，具微弱的波状消光现象。

片晶状透闪石部分，一般呈单个的片状透闪石出现，长0.O5-0.2mm，宽0.O1-0.02-0.O5mm，有时会更大一些，片状透闪石的长宽比约为3：1-5：1，其组成大约占10%-20%，含量多时使和田玉匀一性和透明性受到减弱或破坏。肉眼观察和田玉时，见到的透明-半透明均一基底上，有不透明的略带乳白色调的、不同形态之斑状物，即为片晶透闪石的较大颗粒，好似冷凝的米汤所见之残留的煮烂的米粒，这就是工艺上俗称的“汤”或“石”。

杂质矿物所占比例甚小，一般为个别出现，总量多不超过1%。它们的出现也具有一定的规律性。在白玉中，见有少量的榍石以及磷灰石和磁铁矿，磷灰石一般粒径约为0.025mm,磁铁矿约为0.Olmm,榍石大小变化范围较九磷灰石在镜下可见其典型的六方柱横切面形态，表明自形程度较好。磁铁矿呈自形或半自形。榍石在单偏光下为褐黄色，具弱多色性，自形程度较差，正交偏光下，干涉色带矿物本身颜色，含量一般为几粒。青玉中杂质矿物除个别磷灰石、磁铁矿外，还具有斜黝帘孔青白玉中杂质矿物主要同于白玉，有时兼有青玉的矿物杂质。墨玉中含有鳞片状石墨。

钟晓玲、王士元等2003年利用扫描电子显微镜(SEM)对和田玉的主要品种白玉、青白玉、青玉、碧玉、黄玉及糖玉等进行研究。根据显微镜下显示出来的电子显微形貌特征，可以获得更为清晰的矿物形态、结构及其相关特征。

(1)白玉:在扫描电子显微镜下显示由短柱状、板状、纤维状的透闪石晶体组成，晶形完好，粒度小于3μm,矿物成分较纯净，呈毡状纤维交织结构，见图1。

（2）青白玉:在扫描电子显微镜下显示质地较纯，结晶较细，粒度一般为3-10μm，比白玉略大一些，,整体上相对均匀，无明显杂质，透闪石晶体略具定向性，见图2。

(3)青玉:在扫描电子显微镜下显示结晶较粗，粒度10μm，结构不均匀，部分透闪石呈纤维状定向排列，且含有少量杂质，如斜黝帘石、绿泥石等矿物，见图3。

(4)碧玉:在扫描电子显微镜下未见很好晶形的透闪石晶体，由不同形态的矿物颗粒镶嵌组成类似粉砂状的结构，部分呈现定向组构，见图4。

(5)黄玉:在扫描电子显微镜下矿物定向组构十分明显，10μm左右甚至更大的透闪石柱状晶体构成似纤维状结构，晶形虽不典型，但整体上相对较纯，见图5。

(6)糖玉:在扫描电子显微镜下呈现典型的糖粒状结构，粒度在10μm-0.5mm之间，质地较粗，由小颗粒凝聚而成，透闪石呈团粒状充填其中，整体上比较纯净，见图6。

图1，白玉x1100，25KV图2，青白玉x360,25KV

图3，青玉x720,25KV图4，碧玉x3000,25KV

图5，黄玉x3000,25KV图6，糖玉x3000,25KV

（注：以上图片均来自钟晓玲，王士元，谭立文等.新疆和田玉的谱学特征及其鉴别标志的研究.[J].新疆大学学报（自然科学版）.2003，20(3):288)

2.3.2和田玉的结构种类及其特征

根据和田玉矿物组分及其表现形式特点，可将和田玉的显微结构分为以下几种[18](见图7）。

毛毡状显微交织结构是和田玉最典型的一种结构，表现为透闪石颗粒非常细微，粒度在光学显微镜下尚无法分清其轮廓，大小均一，交织成毛毯一般。具有该结构的和田玉表现为细润致密，是优质和田玉所具备的特性。该结构的白玉、青白玉、青玉、墨玉中均可见到，与和田玉质地紧密相关。

显微纤维-隐晶质变晶结构指由纤维状透闪石和隐晶质透闪石组成的结构，其中纤维状透闪石呈弱定向排列，表明变晶作用不强烈，重结晶，程度较低。

显微纤维变晶，结构中透闪石多呈纤维状聚集，大致沿长轴定向分布。

显微片状隐晶质变晶结构指主要由片状透闪石和隐晶质透闪石组成的结构，其中片状透闪石的含量不高，表明变质过程中重结晶，作用程度不高，具弱定向，表明该变质应力作用不强烈。肉眼观察手标本时，片状透闪石表现为斑点状杂质，若大量存在，则会影响玉的质量，在琢磨时需要剔除，故具有该结构的玉石质地一般较差。

显微片状变晶，结构中透闪石颗粒呈叶片状分布，具有该结构的玉石质地一般较粗，甚至无经济价值。

放射状或帚状结构在和田玉中较少，是纤维变晶结构的另一种表现形式，表现为透闪石纤维颗粒聚集成帚状，并伴有微弱的波状消光现象推断可能是在汽水溶液热变质条件下，透闪石围绕中心强烈向四周急速生长的情况下，重结晶成放射状;波状消光现象的产生一般认为系构造应力所产生的塑性变形，颗粒首先消光的部位，往往是受力部位，也可由后期叠加的动力穿越所致。

残缕结构表现为包裹在变斑晶或变晶矿物中的基质矿物与基质中同种矿物沿变余层理内外断续相连，表现为非同构造期的产物。这种结构表明，在变斑晶或变质矿物原地重结晶未完全吸收和排除掉原岩相应组分，而在应力不强、反应不充分环境下形成它为我们分析和田玉变质作用环境及条件提供了有效的证据。

交代冠状结构表现为片状透闪石沿被交代的白云石残骸的晶体边缘的规律的排布，证明了白云石在含热水溶液参与下，在晶体粒间经过交代作用形成软玉，即白云石 SiO2 H2O(汽)→透闪石。

图7，和田玉结构的显微照片[18]

2.3.3和田玉的晶体结构

根据晶体的对称性，可分为七大晶系。和田玉属于七大晶系中的斜方晶系[19]。和田玉属链状硅酸盐，其空间群为C32h-C2/m,α0=9.84-9.87μm，b0=18.05-18.34μm，c0=5.27-5.30μm,β=104.42-104.30'，Z=2，主要为接触交代变质作用的产物，经常发育于石灰岩(或白云质石灰岩)与中酸性火成岩的接触交代变质带中。和田玉中主要的阳离了为Ca2 和Mg2 ，有时可含少量的Na ，其中Ca2 和Na 离子半径较大，配位数为8,在晶体结构中占有相同的位置。Mg2 的配位数为6。在和田玉中，硅氧四面体以角顶相互连接形成平行于c轴的链状[Si4O11](见图8a)。这种链可以看成是由辉石单链通过一个镜面反映形成的，也可以看作是一组硅氧四面体六元环相互连接形成的一种无限延仲的长链。硅氧四面体骨架中含有摩尔分数为1:1的两种结构单元Q2和Q3(见图8b)，这两种结构单元之间为不对称连接。并且，Q2的2个非桥氧因为与金属阳离了之问的配位情况各不相同而互不等价:其中1个非桥氧Q2与1个Ca2 和2个Mg2 配位;另1个非桥氧Q2仅与1个Ca2 和1个Mg2 配位。所有Q3结构单元的非桥氧只有1种，它们均同时与2个Mg2 配位。

图8，和田玉总透闪石的结构[21]

2.4和田玉常用的鉴定方法

2.4.1电子探针法

2.4.2扫描电子显微镜

2.4.3X射线粉末衍射分析

2.4.5拉曼光谱

2.4.6红外光谱

2.4.7能量色散X射线荧光分析

2.4.8能谱分析法

3. 研究计划与安排

第1-3周：明确研究目的，查阅相关文献资料，分析整合文献，起草实验方案，确定所需试剂及仪器，完成开题报告。

第4-9周：查找并翻译国外英文文献，从和田玉晶体结构入手研究其特征以及与俄罗斯软玉的区别。

第10-11周：根据实验室条件开始鉴定和田玉，并作好记录。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]何发荣.张以诚.中国宝玉石：资源、市场、现状、对策.[j].国土资源，2002:16-19

[2]杨建欣.新疆和田玉的特征与鉴定.[j].决策与信息旬刊，2015（9）：89.

[3]廖宗廷，周征宇.软玉的研究现状、存在的问题及发展方向.[j].宝石和宝石学杂志.2003.15(2):23.