“溯流穿山—寶玉石原產地溯源”專輯序言

周征宇

(1.同濟大學海洋與地球科學學院,上海 200092;2.同濟大學寶石及工藝材料實驗室,上海 200070;3.上海寶石及材料工藝工程技術研究中心,上海 200070)

原產地溯源是寶玉石學領域對傳統地質學提出的一項新挑戰。傳統地質學通常只對已知產地的巖石樣品進行分析,以獲取其地球化學指紋,從而揭示其地質背景或環境等信息[1-2]。然而,在寶玉石學中,我們需要對已經進入市場流通、失去準確原產地信息的樣品進行溯源,以推斷其原產地和形成過程。這項工作自從提出至今已經過去了半個多世紀,但仍然是行業和學術界極具爭議的話題[3]。爭議的焦點主要集中在是否有必要進行寶玉石產地溯源鑒定,以及現有的檢驗檢測技術是否能滿足產地溯源鑒定的要求。

為了深入探討寶玉石產地溯源的意義以及其對行業的影響,我們將從其起源出發,并對目前常用的溯源技術和方法進行探討,希望能夠為該領域的研究提供一些啟示和引導。

1 緣起

提及寶玉石的產地,中國可謂最早開啟寶玉石之門的國度。從《山海經》《詩經》到《史記》,都充滿了對寶玉石產地的描繪與敘述。而真正從科學意義上開展寶石產地溯源鑒定工作則始于歐洲。第一家提供這項服務的寶石實驗室是位于瑞士的Gübelin(GGL),隨后為SSEF,在美國最早相關服務的實驗室則是1977年創立于紐約的AGL。20世紀50年代,產地溯源報告的需求逐漸浮出水面,最初只限于幾種寶石品種和一些歷史悠久的著名產區,例如緬甸抹谷的紅寶石和印巴邊境克什米爾的藍寶石。但那時規模有限,未能引起足夠的關注和重視。直到這些產地溯源報告被拍賣市場所關注和采用,才逐漸形成了熱門話題。與此同時,作為高端奢侈品,藏家們在購買寶玉石之前,常常通過各種渠道獲取“專業訊息”,以避免冤枉花錢。在這個過程中,市場逐漸形成了一種普遍的認知:頂級紅寶石產自緬甸,它們擁有被公認為最佳的顏色。之后,泰國紅寶石進入彩寶市場,但由于其顏色(通常帶有紫色和棕色)與“傳統緬甸紅寶石”略有不同,相較之下,泰國紅寶石沒有得到收藏市場的廣泛認可。

因此,在試圖提供寶石準確的產地信息之前,許多寶石商認為,公眾已經接受了足夠的寶石產地認知,他們相信消費者期望某些寶石來自特定的產地。相應,一些知名產地開始為寶石大幅溢價。蘇富比、佳士得等拍賣行迅速意識到了這一現象,并在上世紀80年代初開始使用寶石產地溯源報告,以滿足珠寶市場對緬甸紅寶石和克什米爾藍寶石的高度關注,這一做法得到了人們的廣泛認可并被采用。恰逢此時,1986年第一版《寶石內含物大圖解》(PhotoatlasofInclusionsinGemstones)面市,該書首次由EduardGübelin博士深入描述了寶石內的包裹體特征。隨后這套書再版,他詳細展示了寶石內包裹體的形態,這些細微之處蘊含著寶石的產地信息[4-6]。此時,寶石的產地溯源評估不再是憑經驗推測,而開始依靠科學的地質理論支撐。拍賣行認為,購買拍賣品的公眾不僅應該了解拍賣行的意見,還應該獲得一份報告,以增加對這塊寶石的有利證據。受佳士得、蘇富比等拍賣行推動,Gübelin等實驗室的寶石原產地溯源報告成為國際上高品質彩色寶石的標志。

2 星火

寶石產地溯源報告的意義一直是貿易界的一個爭議話題,支持者和反對者都持有強烈的觀點。爭議的焦點集中在寶石的價格究竟是由產地決定,還是由品質決定。產地溯源報告的出現導致一些低色級和低凈度的緬甸紅寶石也獲得了高額的產地溢價,甚至超過某些品質更高的其他產地紅寶石。這引發了一些擔憂:是否會導致大部分小眾產地的寶石銷售困難,從而不利于彩色寶石市場的健康和可持續發展?然而,實際情況是無論是來自緬甸還是泰國等產地的紅寶石都非常暢銷。盡管泰國紅寶石的顏色相對較差,但其價格比同樣大小的緬甸紅寶石便宜,其市場空間很大。相應地,泰國紅寶石的產地溯源報告反而使消費者認為商家的信息透明度更高,產品更加可信,從而形成了一種反向消費文化。時至今日,許多實驗室開始提供祖母綠、變石、尖晶石和石榴石(如翠榴石和沙弗萊等)的原產地溯源報告。

隨著彩色寶石產地溯源工作的蓬勃展開,玉石產地溯源也逐漸受到關注。這一趨勢的背后,既有市場需求,也有市場監管部門和學術界的需求。首先,寶玉石產地溯源的重要性在于避免道德爭議產區的寶玉石進入市場[7]。特別是那些飽受戰亂困擾的地區,我們希望防止相關財富成為支持非正義事務的工具;其次,新資源的涌現也引發了對寶玉石產地溯源的關注。如近年危地馬拉高品質翡翠的發現和進入市場,與緬甸翡翠的產地判別成為市場的熱點[8];此外,地理標志產品的品牌保護也對產地溯源提出了明確要求。如岫玉[9]、壽山石[10]等地理標志產品的法規保護需要對產地進行溯源,以保護其地域品牌形象;最后,對中華古文明的探索需求也促使我們進行古玉材產地溯源[11]。通過對古文化遺址中的古玉產地溯源,我們可以揭示上古時期是否存在跨區域的文化和商品交流。

總而言之,寶玉石產地溯源報告在貿易中具有重要意義。盡管在某些方面存在爭議,但它為消費者提供了更多信息和選擇的機會。然而,我們也必須認識到產地溯源報告的局限性,以充分評估其對市場和行業可能產生的消極影響并加以改善。只有這樣,我們才能促進寶玉石市場的可持續發展,增強消費者的信任。

3 窺真

寶石或玉石的性質和特征可以通過一系列寶石學、礦物學及巖石學標準來表征。這些特性取決于它們形成的地質環境,反映了自然界中寶石形成過程中的生長條件。從這個角度而言,原產地溯源是可行的,母巖的物質組成及成礦環境與寶石的寶石礦物學特征之間有著密切關系[12-13]。

原產地溯源的經典方法是在一塊未知產地的寶玉石中,找到被認為是特定屬于某地的特性,也可稱之為“產地標型特征”。以往,原產地溯源主要依賴于寶石顯微鏡下觀察包裹體特征。例如,很長一段時間“三相包裹體”的存在被認為是哥倫比亞祖母綠的典型特征[14]。然而,隨著越來越多祖母綠的資源被發現,類似成因寶石的包裹體特征越來越相似[15-16],使得顯微鏡觀察僅作為產地溯源判定的參考依據之一,而不是決定性依據。

在現代分析測試技術的支持下,原產地判定基礎是對未知樣本進行完整而系統的測試數據記錄與分析,這需要收集如常規寶石學特征、內含物特征、光譜指紋(UV-Vis-NIR/FTIR/Raman)和化學指紋等所有相關數據。所有測試方法都是非破壞性的,或至少是準非破壞性(如LA-ICP-MS僅在樣品表面留下一個直徑數十到數百微米的燒蝕坑)。未知樣本的完整數據與已知產地的實驗室樣本庫數據對比,從而獲得其與某個特定產地特征較為一致的結論,原產地溯源的準確性與樣品庫的數量以及測試數據量有關。這些與自然界的特定地質環境相關聯數據可由地質學家進行解釋,從而為原產地溯源的結論提供理論支撐。

4 方法

4.1 常規寶石學測試

常規寶石學性質主要包括光學性質和力學性質。在光學性質方面,不同產地的寶石顏色和光澤可能相似,或者雖有差異但重疊較多,難以提供準確的區分標準。而折射率、雙折射率和密度等參數可以提供精確的量化指標。

對于單晶寶石而言,元素的類質同象置換是普遍現象,元素的置換取決于成礦物源組成和結晶時的溫壓條件,從而使折射率與寶石產地產生了關聯性。例如,祖母綠中Fe3+、Cr3+、V3+、Sc3+、Ti4+對Al3+的八面體取代,會導致綠柱石的折射率增加;Mg2+、Mn2+、Ni2+、Fe2+對Al3+的八面體取代會導致電荷失衡,通過引入單價陽離子來補償也會導致折射率增加[17]。哥倫比亞Coscuez礦區祖母綠的折射率為1.584～1.587,普遍高于Chivor礦區祖母綠的(1.565～1.579)。

對于集合體玉石來說,主次要礦物的種類和含量因成礦環境的不同而存在差異。密度成為反映這種差異的有用指標。例如,貴州羅甸等產地透閃石質白玉中的硅灰石和方解石等礦物會導致密度偏低(低于2.90g/cm3)[18];而青海格爾木、廣西大化等產地軟玉中的黃鐵礦和磁黃鐵礦會導致密度偏高(高于3.10g/cm3)[19]。

常規寶石學特征是原產地溯源的參考指標而非主要手段。

4.2 鏡下觀察

不同產地寶玉石的鏡下特征反映了不同的成礦類型和成礦過程,包括成礦物源組成、溫壓條件和地質環境等,它們之間的差異可以視為寶玉石中包裹體或次要礦物組合與成礦流體及成礦條件之間的相互制約。包裹體的鏡下觀察迄今都被視為最經典的寶石原產地溯源方法,但其判別標準也并非一塵不變。

以哥倫比亞祖母綠為例,它具有著名的三相包裹體,曾經被認為是具有產地標志的包裹體。然而,后來發現來自其他產區的寶石,如尼日利亞中部、阿富汗潘杰希爾山谷和中國新疆達布達的祖母綠中,許多流體包裹體的鏡下觀察特征與之相似[20-22]。因此,使用包裹體進行原產地溯源的判別依據是一個動態標準,會隨著彩色寶石新資源的發現而發生變化。

理論上,不同礦區并不存在完全相同的成礦環境和條件,故有時需要結合現代分析測試技術來解析這些相似的多相流體包裹體中準確的礦物組成,與數據庫進行對比進而實現原產地溯源。對于顆粒小和/或凈度高的寶石來說,鏡下觀察可能會有限制。大型譜學分析儀器的應用為解決上述問題提供了新的思路。

4.3 光譜學分析

目前主要涉及的無損技術方法為紅外光譜、紫外-可見光譜以及激光拉曼光譜分析。

紅外光譜和激光拉曼光譜分析用于寶玉石原產地溯源研究的原理相似,但信息捕獲和應用方式略有不同。紅外光譜分析適用于研究不同原子的極性鍵振動,通常適用于宏觀物相分析,可以快速鑒別玉石中的礦物組成,如在和田玉中檢測到硅灰石等特征礦物常與特定產地相關聯[23-24];拉曼光譜更適用于研究同原子的極性鍵振動息,適用于微觀物相和透明寶玉石內部包裹物相的分析,可以彌補鏡下肉眼觀察的局限性并驗證相關結論。這兩種光譜分析方法能夠相互補充。目前,遠紅外信號和水峰解析[25-26]以及拉曼光譜的光致發光(PL)模式,不僅能夠檢測晶體缺陷,還能識別晶體內部應力,從而與寶玉石的形成過程和成礦環境相關聯。

大多數天然寶玉石的紫外-可見光譜的吸收帶主要由電荷遷移和配位場躍遷產生,是由各種過渡金屬離子的電子構型和配位體結構中的幾何要素決定,其常被用作致色元素組成及相對含量比較的判別指標。例如,莫桑比克紅寶石[27]和越南鈷藍尖晶石[28]常表現出與其他產地不同的致色成因,這為寶玉石的原產地溯源提供了有價值的參考信息。

4.4 化學成分分析

不同礦區的寶玉石在結晶生長過程中受成礦物源條件的控制,尤其是成礦母巖或其組合的影響,導致它們在化學成分上形成了不同產地的指紋。例如,青海格爾木產區透閃石質玉普遍貧Mg,其成礦母巖相對貧Mg富Ca的灰質白云巖,與新疆產區的富Mg白云巖不同[29]。

源自特定產區寶玉石的化學指紋還受控于形成時的地球化學環境。以尼日利亞祖母綠為例,該產地祖母綠以其Na含量低為特征[25],但流體包裹體中存在巖鹽晶體表明該礦床的成礦流體中并不缺乏Na。這是因為成礦熱液中缺乏Mg,而Mg是Na對Al的置換的“伴侶”?，F如今,化學成分的數據處理方法已經相當成熟,包括但不限于化學元素種類、不同元素的絕對含量[30]、化學元素含量范圍[31]、元素含量比[32]和微量元素含量配分模式[33]等。因此,化學成分指紋幾乎適用于高純度或小尺寸寶玉石的產地溯源,已成為許多國際權威寶石實驗室的核心技術方法。

4.5 同位素分析

應用于寶玉石原產地溯源的同位素可分為放射性同位素和穩定同位素。放射性同位素可用于寶玉石形成年齡的測定和計算,根據形成的年齡差獲得其原產地溯源。例如,貴州羅甸產區[34]與新疆阿拉瑪斯產區[35]的透閃石質玉中鋯石的U-Pb年齡相差超過300Ma。Giuliani等[36]利用氧同位素成功地對堿性玄武巖中的寶石級剛玉進行了分類,探討了坦桑尼亞、肯尼亞等非洲產區紅寶石的氧同位素差異。這表明穩定同位素在解決相似或同成因但不同地理位置的寶石原產地溯源具有很好的指示意義[37-39]。

雖然同位素分析在產地區分方面具有較高的能力,但通常需要對樣本進行完全破壞,故目前主要應用于科學研究領域,檢驗檢測領域的應用仍然不普遍。

5 局限

5.1 源自地質學及礦床學的提示

寶玉石的標型特征與其產地之間并非直接關聯,而是與成礦環境和條件有關,這些特征涵蓋了物質組成(化學成分或礦物組成)和結構構造。因此標型特征更多地提供礦床成因方面的線索,而非地理位置。

換言之,同一成因類型甚至同一成礦帶的寶石即便位于不同的國家,它們往往也具有相似的寶石學特征。另外,由于板塊裂解作用,原本形成于同一成礦帶、同一成因下的寶玉石會分布在不同的陸塊上(如馬達加斯加是由非洲大陸裂解而成,而南美洲東北部與非洲西部在地質歷史時期也曾緊密相連),這進一步增加了追溯寶玉石原產地的難度。因此,寶玉石的特征更注重礦床形成的背景和環境解釋,而不僅僅著力于地理位置的確定。這樣的解釋可以增加不同實驗室對寶玉石產地溯源結論不一致時的科學理解。

5.2 源自無損檢測的要求

無損檢測是現代寶石學檢驗檢測對傳統巖礦鑒定提出的新要求。常用的寶玉石無損檢測方法有紅外光譜分析、紫外-可見光譜分析、激光拉曼光譜分析和X熒光光譜分析,但無法滿足一些相似成因寶玉石的原產地溯源需求。因此,實驗室常常需要使用其他大型分析測試儀器和技術來獲取巖石礦物學信息。這些分析測試技術可能需要對樣本進行破壞性預處理(如掃描電子顯微鏡和透射電鏡等),或在樣品預處理階段存在不可逆的污染風險(如電子探針等),或導致微小的損傷(如激光剝蝕電感耦合等離子質譜等)。寶玉石的原產地溯源在很大程度上依賴于未來無損分析測試技術的進一步發展,以提高其分辨率。

5.3 源自統計學的規律

寶玉石原產地溯源本質上屬于地質學研究范疇,而地質學研究的結論往往基于樣品數據統計性規律的歸納和總結。統計學的特性決定了在統計推斷時的誤差和不確定性。我們只能觀察到來自特定礦區的部分樣本數據,而無法測試整個礦區的所有樣本。因此,統計推斷會受到樣本選擇偏差和隨機誤差的影響,導致不確定性。適當的統計方法和技術也只能提供對總體特征的推斷和估計,而無法確保結果的絕對準確性。

6 趨勢

6.1 高精度無損分析測試技術的發展

目前,化學成分分析被廣泛用于確定高凈度寶玉石的地質環境;而顯微結構觀測則被用于判斷玉石形成時所受到的應力性質和方向等信息。寶玉石原產地的準確溯源依賴于測試數據的精確性。當前分析儀器技術的限制,獲取高精度數據的過程往往會對樣本造成一定的損傷。因此,未來的重點是發展高精度的無損化學元素定量分析和高分辨率的無損顯微形態觀測技術,以提高寶玉石原產地溯源的準確性。

6.2 大數據處理與人工智能技術的應用

隨著儀器設備不斷升級,珠寶玉石檢驗檢測在檢測時間縮短、分析精度提高和樣本預處理便利性提升等方面將有所改善。未來珠寶玉石檢驗檢測的準確性可能更多地依賴于引入和應用大數據處理方法。原產地溯源判斷結論的準確性不僅取決于數據的精確性,還取決于數據量以及處理模型對大量數據的選擇和調整。由此,人工智能有望成為未來珠寶玉石原產地溯源,乃至所有檢驗檢測領域的熱點話題。

6.3 數據庫的建立與機構的多維合作

寶玉石原產地溯源可以概括為將未知產地樣品與現數據庫中已知產地樣本的相關數據進行比對,從而獲取產地信息。對于明確已知產地的樣品(即從礦區直接采獲),其測試獲得的數據是原產地溯源工作的基礎,被視為具有最高置信度的數據。數據庫中樣本數越多,數據越精確,得出的比對結論也越準確。一旦對原先未知產地的樣本得出相對可靠的產地判別結論后,該類數據又可作為次級置信度數據納入樣本數據庫,為后續提供比對參照。上述過程的循環迭代和不斷完善,需要各個專業學術機構、檢驗檢測機構乃至行業協會等的通力合作和共同參與,樣品數據庫的建立是一個龐大且動態的工程。

正是基于上述原因,寶玉石原產地溯源只是基于數據比對和經驗輔助判斷得出的研究性結論,原產地溯源“報告”或許比原產地溯源“證書”更能科學和真實的表達這一觀點。統一規范的檢驗檢測行業行為準則建立和標準的制定就成為重要的基石。

7 逐夢

我國檢驗檢測行業長期在產地溯源的十字路口躑躅徘徊。國際寶玉石實驗室早已不再僅限于品種識別和優化處理,更加注重提供質量評價和著名寶石礦區原產地溯源信息的報告。這表明寶石實驗室正逐步轉變,不僅著眼于保障寶石材質真偽,而是更加緊迫地跟隨珠寶市場需求變化,提供品質評級和“品牌產地”等信息。

近20年來,我國核準了一批地理標志保護產品,例如岫巖玉、藍田玉、竹山綠松石、巴林石、壽山石等,對于中國特色珠寶玉石資源的“產地標記”也提出了更高的要求。值得慶幸的是,盡管我國現代珠寶檢驗檢測行業的發展歷史不長,但憑借高校在培養卓越專業人才方面的努力和各專業實驗室在研發方面的投入,中國珠寶檢驗檢測技術開始迎頭趕上,并取得令人矚目的成果,可謂后發而先至。

這項技術能為我們提供的遠不止于此。因為現代寶玉石鑒定產業的歷史只是中華文明史中的滄海一瞬。中華民族是最早使用珠寶玉石的民族之一,至遲在新石器時代就將珠寶玉石作為中華文明的重要載體廣泛應用。它們出現在中國東部的良渚文化、北方的紅山文化、西部的齊家文化以及中原的仰韶文化等遍布全國各地的古文化遺址中。相對于玉石資源的有限性和地域分布的不均衡性,似乎預示著遠古時期就存在著極為復雜的珠寶玉石貿易網絡。對珠寶玉石原產地溯源的研究顯然成為研究早期文化交流的重要證據,也是探究中華文明起源的重要課題。

鑒于此,本專輯從征詢收集到的幾十篇學術論文中經過反復甄選、審核、修改,最終精選12篇論文,將回顧、創新和探索作為本專輯的核心,通過對原產地溯源領域前瞻性理念的探求,彰顯研究方法的前沿性、探索性和實用性。同時,通過對不同對象(如寶石、玉石、印石和硯石)在現代寶石學和考古實踐中的多方面突破的闡述,從專業角度引發進一步深入的研究和思考。希望這些內容能夠成為未來相關領域研究的一個新亮點。

當然,一個新的檢驗檢測理論和體系的建立涉及廣泛的科學技術,同時也會觸動某些歷史傳統和思維慣性。這個任務將是艱巨而長期的。在全球經濟一體化的大潮催動下,“一帶一路”全球戰略已經啟動,我們必須擔負起時代賦予的歷史使命,毫不退縮,腳踏實地堅定前進。作為全球最大的珠寶市場,我們有必要也有能力掌握歷史的主導權。