“溯流穿山—宝玉石原产地溯源”专辑序言

周征宇

(1.同济大学海洋与地球科学学院,上海 200092;2.同济大学宝石及工艺材料实验室,上海 200070;3.上海宝石及材料工艺工程技术研究中心,上海 200070)

原产地溯源是宝玉石学领域对传统地质学提出的一项新挑战。传统地质学通常只对已知产地的岩石样品进行分析,以获取其地球化学指纹,从而揭示其地质背景或环境等信息[1-2]。然而,在宝玉石学中,我们需要对已经进入市场流通、失去准确原产地信息的样品进行溯源,以推断其原产地和形成过程。这项工作自从提出至今已经过去了半个多世纪,但仍然是行业和学术界极具争议的话题[3]。争议的焦点主要集中在是否有必要进行宝玉石产地溯源鉴定,以及现有的检验检测技术是否能满足产地溯源鉴定的要求。

为了深入探讨宝玉石产地溯源的意义以及其对行业的影响,我们将从其起源出发,并对目前常用的溯源技术和方法进行探讨,希望能够为该领域的研究提供一些启示和引导。

1 缘起

提及宝玉石的产地,中国可谓最早开启宝玉石之门的国度。从《山海经》《诗经》到《史记》,都充满了对宝玉石产地的描绘与叙述。而真正从科学意义上开展宝石产地溯源鉴定工作则始于欧洲。第一家提供这项服务的宝石实验室是位于瑞士的Gübelin(GGL),随后为SSEF,在美国最早相关服务的实验室则是1977年创立于纽约的AGL。20世纪50年代,产地溯源报告的需求逐渐浮出水面,最初只限于几种宝石品种和一些历史悠久的著名产区,例如缅甸抹谷的红宝石和印巴边境克什米尔的蓝宝石。但那时规模有限,未能引起足够的关注和重视。直到这些产地溯源报告被拍卖市场所关注和采用,才逐渐形成了热门话题。与此同时,作为高端奢侈品,藏家们在购买宝玉石之前,常常通过各种渠道获取“专业讯息”,以避免冤枉花钱。在这个过程中,市场逐渐形成了一种普遍的认知:顶级红宝石产自缅甸,它们拥有被公认为最佳的颜色。之后,泰国红宝石进入彩宝市场,但由于其颜色(通常带有紫色和棕色)与“传统缅甸红宝石”略有不同,相较之下,泰国红宝石没有得到收藏市场的广泛认可。

因此,在试图提供宝石准确的产地信息之前,许多宝石商认为,公众已经接受了足够的宝石产地认知,他们相信消费者期望某些宝石来自特定的产地。相应,一些知名产地开始为宝石大幅溢价。苏富比、佳士得等拍卖行迅速意识到了这一现象,并在上世纪80年代初开始使用宝石产地溯源报告,以满足珠宝市场对缅甸红宝石和克什米尔蓝宝石的高度关注,这一做法得到了人们的广泛认可并被采用。恰逢此时,1986年第一版《宝石内含物大图解》(PhotoatlasofInclusionsinGemstones)面市,该书首次由EduardGübelin博士深入描述了宝石内的包裹体特征。随后这套书再版,他详细展示了宝石内包裹体的形态,这些细微之处蕴含着宝石的产地信息[4-6]。此时,宝石的产地溯源评估不再是凭经验推测,而开始依靠科学的地质理论支撑。拍卖行认为,购买拍卖品的公众不仅应该了解拍卖行的意见,还应该获得一份报告,以增加对这块宝石的有利证据。受佳士得、苏富比等拍卖行推动,Gübelin等实验室的宝石原产地溯源报告成为国际上高品质彩色宝石的标志。

2 星火

宝石产地溯源报告的意义一直是贸易界的一个争议话题,支持者和反对者都持有强烈的观点。争议的焦点集中在宝石的价格究竟是由产地决定,还是由品质决定。产地溯源报告的出现导致一些低色级和低净度的缅甸红宝石也获得了高额的产地溢价,甚至超过某些品质更高的其他产地红宝石。这引发了一些担忧:是否会导致大部分小众产地的宝石销售困难,从而不利于彩色宝石市场的健康和可持续发展?然而,实际情况是无论是来自缅甸还是泰国等产地的红宝石都非常畅销。尽管泰国红宝石的颜色相对较差,但其价格比同样大小的缅甸红宝石便宜,其市场空间很大。相应地,泰国红宝石的产地溯源报告反而使消费者认为商家的信息透明度更高,产品更加可信,从而形成了一种反向消费文化。时至今日,许多实验室开始提供祖母绿、变石、尖晶石和石榴石(如翠榴石和沙弗莱等)的原产地溯源报告。

随着彩色宝石产地溯源工作的蓬勃展开,玉石产地溯源也逐渐受到关注。这一趋势的背后,既有市场需求,也有市场监管部门和学术界的需求。首先,宝玉石产地溯源的重要性在于避免道德争议产区的宝玉石进入市场[7]。特别是那些饱受战乱困扰的地区,我们希望防止相关财富成为支持非正义事务的工具;其次,新资源的涌现也引发了对宝玉石产地溯源的关注。如近年危地马拉高品质翡翠的发现和进入市场,与缅甸翡翠的产地判别成为市场的热点[8];此外,地理标志产品的品牌保护也对产地溯源提出了明确要求。如岫玉[9]、寿山石[10]等地理标志产品的法规保护需要对产地进行溯源,以保护其地域品牌形象;最后,对中华古文明的探索需求也促使我们进行古玉材产地溯源[11]。通过对古文化遗址中的古玉产地溯源,我们可以揭示上古时期是否存在跨区域的文化和商品交流。

总而言之,宝玉石产地溯源报告在贸易中具有重要意义。尽管在某些方面存在争议,但它为消费者提供了更多信息和选择的机会。然而,我们也必须认识到产地溯源报告的局限性,以充分评估其对市场和行业可能产生的消极影响并加以改善。只有这样,我们才能促进宝玉石市场的可持续发展,增强消费者的信任。

3 窥真

宝石或玉石的性质和特征可以通过一系列宝石学、矿物学及岩石学标准来表征。这些特性取决于它们形成的地质环境,反映了自然界中宝石形成过程中的生长条件。从这个角度而言,原产地溯源是可行的,母岩的物质组成及成矿环境与宝石的宝石矿物学特征之间有着密切关系[12-13]。

原产地溯源的经典方法是在一块未知产地的宝玉石中,找到被认为是特定属于某地的特性,也可称之为“产地标型特征”。以往,原产地溯源主要依赖于宝石显微镜下观察包裹体特征。例如,很长一段时间“三相包裹体”的存在被认为是哥伦比亚祖母绿的典型特征[14]。然而,随着越来越多祖母绿的资源被发现,类似成因宝石的包裹体特征越来越相似[15-16],使得显微镜观察仅作为产地溯源判定的参考依据之一,而不是决定性依据。

在现代分析测试技术的支持下,原产地判定基础是对未知样本进行完整而系统的测试数据记录与分析,这需要收集如常规宝石学特征、内含物特征、光谱指纹(UV-Vis-NIR/FTIR/Raman)和化学指纹等所有相关数据。所有测试方法都是非破坏性的,或至少是准非破坏性(如LA-ICP-MS仅在样品表面留下一个直径数十到数百微米的烧蚀坑)。未知样本的完整数据与已知产地的实验室样本库数据对比,从而获得其与某个特定产地特征较为一致的结论,原产地溯源的准确性与样品库的数量以及测试数据量有关。这些与自然界的特定地质环境相关联数据可由地质学家进行解释,从而为原产地溯源的结论提供理论支撑。

4 方法

4.1 常规宝石学测试

常规宝石学性质主要包括光学性质和力学性质。在光学性质方面,不同产地的宝石颜色和光泽可能相似,或者虽有差异但重叠较多,难以提供准确的区分标准。而折射率、双折射率和密度等参数可以提供精确的量化指标。

对于单晶宝石而言,元素的类质同象置换是普遍现象,元素的置换取决于成矿物源组成和结晶时的温压条件,从而使折射率与宝石产地产生了关联性。例如,祖母绿中Fe3+、Cr3+、V3+、Sc3+、Ti4+对Al3+的八面体取代,会导致绿柱石的折射率增加;Mg2+、Mn2+、Ni2+、Fe2+对Al3+的八面体取代会导致电荷失衡,通过引入单价阳离子来补偿也会导致折射率增加[17]。哥伦比亚Coscuez矿区祖母绿的折射率为1.584～1.587,普遍高于Chivor矿区祖母绿的(1.565～1.579)。

对于集合体玉石来说,主次要矿物的种类和含量因成矿环境的不同而存在差异。密度成为反映这种差异的有用指标。例如,贵州罗甸等产地透闪石质白玉中的硅灰石和方解石等矿物会导致密度偏低(低于2.90g/cm3)[18];而青海格尔木、广西大化等产地软玉中的黄铁矿和磁黄铁矿会导致密度偏高(高于3.10g/cm3)[19]。

常规宝石学特征是原产地溯源的参考指标而非主要手段。

4.2 镜下观察

不同产地宝玉石的镜下特征反映了不同的成矿类型和成矿过程,包括成矿物源组成、温压条件和地质环境等,它们之间的差异可以视为宝玉石中包裹体或次要矿物组合与成矿流体及成矿条件之间的相互制约。包裹体的镜下观察迄今都被视为最经典的宝石原产地溯源方法,但其判别标准也并非一尘不变。

以哥伦比亚祖母绿为例,它具有著名的三相包裹体,曾经被认为是具有产地标志的包裹体。然而,后来发现来自其他产区的宝石,如尼日利亚中部、阿富汗潘杰希尔山谷和中国新疆达布达的祖母绿中,许多流体包裹体的镜下观察特征与之相似[20-22]。因此,使用包裹体进行原产地溯源的判别依据是一个动态标准,会随着彩色宝石新资源的发现而发生变化。

理论上,不同矿区并不存在完全相同的成矿环境和条件,故有时需要结合现代分析测试技术来解析这些相似的多相流体包裹体中准确的矿物组成,与数据库进行对比进而实现原产地溯源。对于颗粒小和/或净度高的宝石来说,镜下观察可能会有限制。大型谱学分析仪器的应用为解决上述问题提供了新的思路。

4.3 光谱学分析

目前主要涉及的无损技术方法为红外光谱、紫外-可见光谱以及激光拉曼光谱分析。

红外光谱和激光拉曼光谱分析用于宝玉石原产地溯源研究的原理相似,但信息捕获和应用方式略有不同。红外光谱分析适用于研究不同原子的极性键振动,通常适用于宏观物相分析,可以快速鉴别玉石中的矿物组成,如在和田玉中检测到硅灰石等特征矿物常与特定产地相关联[23-24];拉曼光谱更适用于研究同原子的极性键振动息,适用于微观物相和透明宝玉石内部包裹物相的分析,可以弥补镜下肉眼观察的局限性并验证相关结论。这两种光谱分析方法能够相互补充。目前,远红外信号和水峰解析[25-26]以及拉曼光谱的光致发光(PL)模式,不仅能够检测晶体缺陷,还能识别晶体内部应力,从而与宝玉石的形成过程和成矿环境相关联。

大多数天然宝玉石的紫外-可见光谱的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁产生,是由各种过渡金属离子的电子构型和配位体结构中的几何要素决定,其常被用作致色元素组成及相对含量比较的判别指标。例如,莫桑比克红宝石[27]和越南钴蓝尖晶石[28]常表现出与其他产地不同的致色成因,这为宝玉石的原产地溯源提供了有价值的参考信息。

4.4 化学成分分析

不同矿区的宝玉石在结晶生长过程中受成矿物源条件的控制,尤其是成矿母岩或其组合的影响,导致它们在化学成分上形成了不同产地的指纹。例如,青海格尔木产区透闪石质玉普遍贫Mg,其成矿母岩相对贫Mg富Ca的灰质白云岩,与新疆产区的富Mg白云岩不同[29]。

源自特定产区宝玉石的化学指纹还受控于形成时的地球化学环境。以尼日利亚祖母绿为例,该产地祖母绿以其Na含量低为特征[25],但流体包裹体中存在岩盐晶体表明该矿床的成矿流体中并不缺乏Na。这是因为成矿热液中缺乏Mg,而Mg是Na对Al的置换的“伴侣”。现如今,化学成分的数据处理方法已经相当成熟,包括但不限于化学元素种类、不同元素的绝对含量[30]、化学元素含量范围[31]、元素含量比[32]和微量元素含量配分模式[33]等。因此,化学成分指纹几乎适用于高纯度或小尺寸宝玉石的产地溯源,已成为许多国际权威宝石实验室的核心技术方法。

4.5 同位素分析

应用于宝玉石原产地溯源的同位素可分为放射性同位素和稳定同位素。放射性同位素可用于宝玉石形成年龄的测定和计算,根据形成的年龄差获得其原产地溯源。例如,贵州罗甸产区[34]与新疆阿拉玛斯产区[35]的透闪石质玉中锆石的U-Pb年龄相差超过300Ma。Giuliani等[36]利用氧同位素成功地对碱性玄武岩中的宝石级刚玉进行了分类,探讨了坦桑尼亚、肯尼亚等非洲产区红宝石的氧同位素差异。这表明稳定同位素在解决相似或同成因但不同地理位置的宝石原产地溯源具有很好的指示意义[37-39]。

虽然同位素分析在产地区分方面具有较高的能力,但通常需要对样本进行完全破坏,故目前主要应用于科学研究领域,检验检测领域的应用仍然不普遍。

5 局限

5.1 源自地质学及矿床学的提示

宝玉石的标型特征与其产地之间并非直接关联,而是与成矿环境和条件有关,这些特征涵盖了物质组成(化学成分或矿物组成)和结构构造。因此标型特征更多地提供矿床成因方面的线索,而非地理位置。

换言之,同一成因类型甚至同一成矿带的宝石即便位于不同的国家,它们往往也具有相似的宝石学特征。另外,由于板块裂解作用,原本形成于同一成矿带、同一成因下的宝玉石会分布在不同的陆块上(如马达加斯加是由非洲大陆裂解而成,而南美洲东北部与非洲西部在地质历史时期也曾紧密相连),这进一步增加了追溯宝玉石原产地的难度。因此,宝玉石的特征更注重矿床形成的背景和环境解释,而不仅仅着力于地理位置的确定。这样的解释可以增加不同实验室对宝玉石产地溯源结论不一致时的科学理解。

5.2 源自无损检测的要求

无损检测是现代宝石学检验检测对传统岩矿鉴定提出的新要求。常用的宝玉石无损检测方法有红外光谱分析、紫外-可见光谱分析、激光拉曼光谱分析和X荧光光谱分析,但无法满足一些相似成因宝玉石的原产地溯源需求。因此,实验室常常需要使用其他大型分析测试仪器和技术来获取岩石矿物学信息。这些分析测试技术可能需要对样本进行破坏性预处理(如扫描电子显微镜和透射电镜等),或在样品预处理阶段存在不可逆的污染风险(如电子探针等),或导致微小的损伤(如激光剥蚀电感耦合等离子质谱等)。宝玉石的原产地溯源在很大程度上依赖于未来无损分析测试技术的进一步发展,以提高其分辨率。

5.3 源自统计学的规律

宝玉石原产地溯源本质上属于地质学研究范畴,而地质学研究的结论往往基于样品数据统计性规律的归纳和总结。统计学的特性决定了在统计推断时的误差和不确定性。我们只能观察到来自特定矿区的部分样本数据,而无法测试整个矿区的所有样本。因此,统计推断会受到样本选择偏差和随机误差的影响,导致不确定性。适当的统计方法和技术也只能提供对总体特征的推断和估计,而无法确保结果的绝对准确性。

6 趋势

6.1 高精度无损分析测试技术的发展

目前,化学成分分析被广泛用于确定高净度宝玉石的地质环境;而显微结构观测则被用于判断玉石形成时所受到的应力性质和方向等信息。宝玉石原产地的准确溯源依赖于测试数据的精确性。当前分析仪器技术的限制,获取高精度数据的过程往往会对样本造成一定的损伤。因此,未来的重点是发展高精度的无损化学元素定量分析和高分辨率的无损显微形态观测技术,以提高宝玉石原产地溯源的准确性。

6.2 大数据处理与人工智能技术的应用

随着仪器设备不断升级,珠宝玉石检验检测在检测时间缩短、分析精度提高和样本预处理便利性提升等方面将有所改善。未来珠宝玉石检验检测的准确性可能更多地依赖于引入和应用大数据处理方法。原产地溯源判断结论的准确性不仅取决于数据的精确性,还取决于数据量以及处理模型对大量数据的选择和调整。由此,人工智能有望成为未来珠宝玉石原产地溯源,乃至所有检验检测领域的热点话题。

6.3 数据库的建立与机构的多维合作

宝玉石原产地溯源可以概括为将未知产地样品与现数据库中已知产地样本的相关数据进行比对,从而获取产地信息。对于明确已知产地的样品(即从矿区直接采获),其测试获得的数据是原产地溯源工作的基础,被视为具有最高置信度的数据。数据库中样本数越多,数据越精确,得出的比对结论也越准确。一旦对原先未知产地的样本得出相对可靠的产地判别结论后,该类数据又可作为次级置信度数据纳入样本数据库,为后续提供比对参照。上述过程的循环迭代和不断完善,需要各个专业学术机构、检验检测机构乃至行业协会等的通力合作和共同参与,样品数据库的建立是一个庞大且动态的工程。

正是基于上述原因,宝玉石原产地溯源只是基于数据比对和经验辅助判断得出的研究性结论,原产地溯源“报告”或许比原产地溯源“证书”更能科学和真实的表达这一观点。统一规范的检验检测行业行为准则建立和标准的制定就成为重要的基石。

7 逐梦

我国检验检测行业长期在产地溯源的十字路口踯躅徘徊。国际宝玉石实验室早已不再仅限于品种识别和优化处理,更加注重提供质量评价和著名宝石矿区原产地溯源信息的报告。这表明宝石实验室正逐步转变,不仅着眼于保障宝石材质真伪,而是更加紧迫地跟随珠宝市场需求变化,提供品质评级和“品牌产地”等信息。

近20年来,我国核准了一批地理标志保护产品,例如岫岩玉、蓝田玉、竹山绿松石、巴林石、寿山石等,对于中国特色珠宝玉石资源的“产地标记”也提出了更高的要求。值得庆幸的是,尽管我国现代珠宝检验检测行业的发展历史不长,但凭借高校在培养卓越专业人才方面的努力和各专业实验室在研发方面的投入,中国珠宝检验检测技术开始迎头赶上,并取得令人瞩目的成果,可谓后发而先至。

这项技术能为我们提供的远不止于此。因为现代宝玉石鉴定产业的历史只是中华文明史中的沧海一瞬。中华民族是最早使用珠宝玉石的民族之一,至迟在新石器时代就将珠宝玉石作为中华文明的重要载体广泛应用。它们出现在中国东部的良渚文化、北方的红山文化、西部的齐家文化以及中原的仰韶文化等遍布全国各地的古文化遗址中。相对于玉石资源的有限性和地域分布的不均衡性,似乎预示着远古时期就存在着极为复杂的珠宝玉石贸易网络。对珠宝玉石原产地溯源的研究显然成为研究早期文化交流的重要证据,也是探究中华文明起源的重要课题。

鉴于此,本专辑从征询收集到的几十篇学术论文中经过反复甄选、审核、修改,最终精选12篇论文,将回顾、创新和探索作为本专辑的核心,通过对原产地溯源领域前瞻性理念的探求,彰显研究方法的前沿性、探索性和实用性。同时,通过对不同对象(如宝石、玉石、印石和砚石)在现代宝石学和考古实践中的多方面突破的阐述,从专业角度引发进一步深入的研究和思考。希望这些内容能够成为未来相关领域研究的一个新亮点。

当然,一个新的检验检测理论和体系的建立涉及广泛的科学技术,同时也会触动某些历史传统和思维惯性。这个任务将是艰巨而长期的。在全球经济一体化的大潮催动下,“一带一路”全球战略已经启动,我们必须担负起时代赋予的历史使命,毫不退缩,脚踏实地坚定前进。作为全球最大的珠宝市场,我们有必要也有能力掌握历史的主导权。