中国史前玉器材质与产地溯源的技术方法探索

玉器在我国使用历史近万年,她见证了中华文明起源、形成和发展的全过程,在中华文明探源研究中具有重要的学术价值。古代玉器本身兼具人文与自然两方面属性,前者涉及加工工艺、器型、纹饰等,是近年来考古、文博领域学者的研究重点,已取得丰硕的成果;后者包括玉料的材质与产地来源分析,是一个涉及地质学、宝石学、考古学等多学科交叉的研究领域。由于古代玉器样品需要满足无损测试的要求,测试分析手段的选择受到很大的制约,绝大部分古玉科学研究仍停留在材质鉴定的阶段,产地溯源技术仍然是制约古玉文化交流研究的瓶颈^([1-4])。材质的准确鉴定是开展古代玉器科学研究的基础和前提。20世纪90年代,闻广等^([5-6])尝试对部分史前玉器进行采样,并利用红外光谱、扫描电子显微镜等技术手段对玉器的材质进行研究。21世纪以来,大型无损谱学分析设备,如质子激发X射线荧光光谱(PIXE)、红外光谱、拉曼光谱、电子探针,在古玉材质分析中获得较广泛的应用^([3])。然而,考虑到文物转运到实验室测试过程中的安全问题和监管要求,这些实验室设备在古玉材质鉴定方面的大规模应用仍面临较多限制。鉴于此,我们团队评估了各种岩矿分析设备的适用性,建立了利用小型台式红外光谱仪+便携式X射线荧光光谱仪(p-XRF)进行古玉材质分析的方法。该仪器组合快速、便携,满足古玉现场检测的需求,同时可对玉器的材质、成因类型进行准确鉴定。目前该方法已成功应用于下靳、石峁、海藏、福泉山、焦家、石峡等重要史前遗址出土玉器的研究中,鉴定出史前玉器材质包括透闪石玉、蛇纹石玉、云母质玉、石英质玉、绿泥石质玉、大理岩、绿松石、萤石、滑石岩等(图1),其中透闪石玉占据主导地位[7]。目前,学术界对透闪石玉、蛇纹石玉、绿松石等常见材质古玉的产地溯源探索主要通过主微量元素和同位素地球化学数据进行,测试技术手段从早期的全岩分析全面转向原位无损/近无损地球化学分析,近年来多元统计、机器学习算法逐渐被引入,用于构建玉石产地判别模型。这些模型尽管能在测试集上获得较高的准确率,但其均建立在少量产地数据的基础上,且缺乏地质学机制约束,很难真正应用到古玉的产地溯源研究中。我们团队通过对东亚地区近20个大理岩型透闪石玉矿床的系统研究,揭示了透闪石玉的普遍成矿规律,建立了全面系统的透闪石玉地球化学数据库。在此基础上,开发了无损的古代透闪石玉器产地溯源方法体系(表1)。该方法已成功应用于多个重要史前遗址出土玉器的溯源研究中,初步勾勒出了史前玉石之路,充分展现了史前玉器在中华文明探源研究中的价值[7-9]。展望未来,潜在的透闪石玉矿资源勘查和地质学研究,全面的玉料地球化学数据库建设,适用于古玉样品的原位岩矿地球化学分析技术的开发及其在古玉样品测试中的大规模应用,应是未来古玉溯源研究工作的重点方向,需要多学科领域的研究者通力协作。