结合拉曼光谱主成分分析-线性判别进行蛇纹石玉产地溯源的探索.pdfVIP

第44卷，第9期光谱学与光谱分析Vol44,No.9,pp2551-2558

2024年9月SpectroscopyandSpectralAnalysisSeptember,2024

结合拉曼光谱主成分分析-线性判别进行蛇纹石玉产地溯源的探索

叶旭1.2，杨炯2.3*，丘志力1²，岳紫龙1

1.南阳师范学院珠宝玉雕学院，河南南阳473061

2.中山大学地球科学与工程学院，广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室，广东广州510275

3.泰山学院旅游学院，泰山研究院，山东泰安271000

摘要蛇纹石是中国最早使用的玉石之一，开展蛇纹石玉的产地溯源探索，对认识中国古代玉文化发展

历程，重建古代玉石贸易路线均有重要的意义。但由于蛇纹石玉产地众多，目前尚没有成熟的蛇纹石玉产地

溯源的判别技术。以产自陕西汉中、甘肃敦煌、河南栾川、辽宁岫岩、山东泰安、甘肃武山6地的蛇纹石玉

为研究对象，在66块样品上共采集到200个高质量拉曼光谱数据，并在对测试结果进行主成分分析（PCA）

的基础上建立了线性判别分析（LDA)的产地判别模型。结果显示，不同产地蛇纹石玉的矿物组成有所差异，

汉中蛇纹石玉的主要矿物成分有纤蛇纹石和利蛇纹石两种；敦煌蛇纹石玉则为纤蛇纹石和利蛇纹石的均匀

混合型；泰安蛇纹石玉的主要矿物成分有利蛇纹石（墨玉)和叶蛇纹石（碧玉和翠斑玉)两种；河南栾川、辽宁

岫岩、甘肃武山蛇纹石玉的主要矿物成分均为叶蛇纹石。在严格控制实验条件的前提下，将拉曼光谱数据结

合PCA十LDA分析可以对不同产地的蛇纹石玉进行区分，所建立的LDA判别模型的训练集数据和测试集

数据的产地判别正确率分别达到了96.25%和92.50%。这显示出利用无损检测拉曼光谱技术进行蛇纹石玉

产地溯源具有潜在价值。将拉曼光谱无损检测数据结合统计学或机器学习方法来构建判别模型可能是解决

蛇纹石玉产地溯源瓶颈新的技术路径。

关键词蛇纹石玉；拉曼光谱；产地溯源；主成分分析（PCA)；线性判别分析（LDA)

中图分类号：P575.4文献标识码：AD0l:10.3964/j.issn.1000-0593(2024)09-2551-08

较好的区分效果[2-3，但大部分产地的数据重叠程度较高，

引言不易区分。近年来，通过将基础测试数据如红外（FTIR）、拉

曼（Raman）、激光诱导击穿光谱（LIBS）、激光剥蚀电感耦合

中国的玉文化经历万年一直延续至今，已经成为中华文等离子质谱（LA-ICP-MS)等与统计学、机器学习方法结合建

化重要和具有鲜明特色的组成部分。追溯古代玉器的玉料来立玉石产地判别模型来区分玉石产地的尝试在不断进行，这

源，对于了解中国早期生产力发展水平和区域间物质文化交些方法为玉石产地溯源问题的解决提供了新的思路[4-7]。但

流具有重要意义。此外，由于市场上产地因素极大地影响由于现有的技术路径存在着数据精度不高、对样品制备过程

着玉器的价值，同品质不同产地的玉器价格差异明显，对玉要求高、有损检测的局限性等问题，至今可投人考古及文博

石产地鉴定技术的需求也非常强烈。然而，玉石的产地溯源界领域实际使用的成熟玉石产地溯源方法仍在探索中。

问题至今仍是困扰地质学、考古学和宝石学届的瓶颈性问拉曼光谱以拉曼散射效应为基础，它以固定波长的激光

题。蛇纹石玉因为产地众多，其溯源的难度更大，缺乏蛇纹为光源，通过对与入射光频率不同的散射光光谱进行分析，

石质古玉料产地来源的科学判别技术，严重制约了考古文博反映分子（络阴离子团)中分子键的振动和转动信息，进而分

界开展史前早期资源使用及文化交流等方面的研究。