低成本快速地球化学指标追踪河流沉积物中铁矿尾矿的分布——以巴西布鲁马迪纽B1溃坝事件后Paraopeba河为例

这篇研究创新性地开发了IRS1和IRS2地球化学指数（基于X射线荧光/XRF数据），通过Fe2O3/SiO2/Al2O3和MnO/TiO2/CaO/MgO比值，高效区分巴西Paraopeba河天然沉积物与铁矿尾矿。研究揭示了溃坝尾矿高密度（3.11-4.67 g/cm3）和铁氧化物富集（36.6-88.8%）的特征，证实UTE Igarapé溢洪道对尾矿扩散的阻滞作用，为环境监测提供低成本解决方案。

　　

1 引言

矿业活动产生的尾矿已成为全球主要工业废物来源。2019年巴西布鲁马迪纽B1尾矿坝溃决事件向Paraopeba河释放约160万立方米尾矿，对河流沉积物系统造成长期影响。传统沉积物溯源研究依赖矿物组成或同位素分析，而本研究提出基于主量元素的地球化学指纹法，为尾矿追踪提供快速、低成本方案。

2 研究区域

Paraopeba河作为圣弗朗西斯科河重要支流，流域内前寒武纪铁四角地区富含条带状铁建造（BIF）。溃坝尾矿主要成分为赤铁矿（48%）和石英（20.6%），其化学特征直接继承自未经过冶金处理的铁矿石。

3 材料与方法

2019年旱季通过振动取芯获取6个河床沉积物岩芯（54个样本），采用WD-XRF测定Al₂O₃、Fe₂O₃等主量元素，并通过氦气比重计测量真实密度。创新性提出两个指数：

IRS1 = [Fe₂O₃]/([Fe₂O₃]+[Al₂O₃]+[SiO₂])

IRS2 = [MnO]/([MnO]+[TiO₂]+[CaO]+[MgO])

4 结果

天然沉积物以SiO₂（38.3-94.1%）和Al₂O₃（2.5-23.4%）为主，而尾矿富含Fe₂O₃（36.6-88.8%）和MnO（0.32-3.46%）。三元图显示二者在Fe-Si-Al体系中呈明显分区。IRS1×IRS2散点图中，尾矿样本集中分布于第三象限（IRS1>0.24，IRS2>0.44），与天然沉积物形成对角分布格局。

5 讨论

应用于2019年应急监测数据时，UTE Igarapé溢洪道上游样本IRS值均落入尾矿区，证实该水工建筑有效阻滞尾矿扩散。下游样本因河流自净作用和疏浚活动，IRS值回归天然沉积物范围。值得注意的是，Silva等人（2023）采集的疑似污染样本经IRS验证实为天然沉积物，说明溃坝四年后尾矿已被新沉积层覆盖。

6 结论

该研究建立的IRS指数体系具有三大优势：① 仅需常规XRF数据即可快速计算；② 克服传统痕量金属分析法在地质高背景区的局限性；③ 图形化工具可直观展示尾矿时空分布。这套方法特别适用于需快速评估溃坝影响的应急场景，为全球矿业环境监管提供新范式。