巴西铁四角地区溪流沉积物中铁及潜在毒性元素的空间分布、来源解析与地球化学基线研究

本研究针对巴西Quadrilátero Ferrífero（QF）矿区复杂地质背景下的环境风险问题，通过系统分析804个微流域沉积物中Fe及14种潜在毒性元素（PTE）的空间分布特征，采用mMAD和TIF方法建立地球化学基线，结合CoDA框架下的ilr转换与RPCA技术，揭示了Rio das Velhas和Minas超群等变质火山-沉积序列对Cr、Ni等元素的富集机制，为矿区环境监测与流域可持续管理提供科学依据。

　　

巴西米纳斯吉拉斯州的Quadrilátero Ferrífero（QF）地区是全球著名的铁矿石产区，但长期采矿活动与近年来的尾矿坝溃坝事件（如2015年Mariana和2019年Brumadinho事故）导致严重的环境问题。该区域因复杂的地质背景天然富含多种金属元素，如何区分人为污染与自然富集成为了环境管理的核心挑战。传统研究多局限于局部区域或单一元素分析，缺乏对全流域尺度下元素分布规律的系统认知。为此，由Instituto Tecnológico Vale主导的研究团队开展了覆盖804个微流域的沉积物地球化学调查，旨在建立可靠的地球化学基线并解析PTE的空间分异机制，相关成果发表于《Applied Geochemistry》。

研究采用多学科交叉方法：1) 基于25 km²网格的流域采样设计；2) 使用中位数绝对偏差法（mMAD）和Tukey内围法（TIF）计算基线阈值；3) 应用成分数据分析（CoDA）框架进行ilr转换与稳健主成分分析（RPCA）；4) 整合地质单元分类（如TTGM、MVRVM等缩写定义的岩性单元）进行空间关联分析。

Sampling, sample preparation and chemical analysis
研究团队原计划采集854个微流域出口沉积物样本，实际完成804个点位采样。样本经严格预处理后，检测了Fe及As、Cd、Hg等15种元素，其中As、Cd等元素超过50%数据低于检测限（ULD），凸显了方法灵敏度对结果的影响。

Data summary
统计显示不同PTE的浓度差异显著：变质基性-超基性岩单元（MBUB）富集Cr、Ni、Co，而TTGM单元以Ba、Pb富集为特征。空间分析证实Rio das Velhas和Minas超群（MVRVM）是多种PTE的高背景区，其浓度波动与区域矿化作用直接相关。

Concluding remarks
研究首次在QF全境建立了基于岩性单元的地球化学基线体系，证实mMAD法比TIF更具保守性。关键发现包括：1) 过渡金属（Co、Ni等）的高值区与MVRVM等变质岩系存在显著空间耦合；2) 尽管部分区域PTE浓度远超常规环境标准，但其主要受控于地质背景而非人为活动；3) TTGM单元独特的Ba-Pb组合指示了花岗质岩体的地球化学专属性。该成果为巴西制定差异化的环境监管政策提供了数据支撑，尤其强调需根据地质背景调整污染评估标准。

讨论部分进一步指出，将流域地球化学数据与土地利用信息整合，可精准识别采矿活动的叠加影响。例如，Mariana灾难区的高Hg异常可能同时反映金矿开采历史与近代工业排放的复合效应。作者建议未来研究应结合同位素溯源技术，以区分自然风化与人为输入对PTE通量的贡献。这项工作的创新性在于将传统地球化学调查升级为服务于可持续管理的决策工具，其方法论框架也可推广至全球其他矿业密集型流域。