通过加强土壤采样策略和采用先进的地质统计方法，明确前采矿区域的儿童地球化学背景

《Applied Geochemistry》：DEFINING PEDO-GEOCHEMICAL BACKGROUNDS IN FORMER MINING AREA BY REINFORCING THE SOIL SAMPLING STRATEGIES AND ADVANCED GEOSTATISTICAL APPROACHES

　　

Jérémie Melleton|Stéphane Belbeze|Philippe Négrel|Guillaume Vic|Pascal Auger|Matthieu Chevillard|Ingrid Girardeau|Dominique Guyonnet|Florence Rivet

法国奥尔良，BRGM，邮编F-45060

摘要

评估以往采矿活动对土壤质量的影响需要确定潜在有毒元素（如砷）的土壤地球化学背景。在这种情况下，由于矿化作用的存在，可能会遇到高地质来源浓度的难题。在这项研究中，我们调查了位于法国中央高原南部的前Au-As Salsigne矿区的土壤地球化学背景。表层土壤的采样工作旨在排除受采矿活动明显影响的地点，并获取足够的数据以确定具有代表性的统计参数。通过将现有的岩构造单元分为三个连贯的地质区域（轴向带区域、Minervois岩层区域和新生代区域），我们获得了合适的采样点数量（150个）。对于某些元素（如砷），土壤浓度的分布显示，在矿化附近区域土壤地球化学背景较高。先进的统计方法（如最小-最大自相关因子MAFs）可以区分这些富集区，从而更准确地估算土壤地球化学背景值。所提出的确定土壤地球化学背景的方法适用于其他具有复杂地质特征且土壤浓度自然变化显著的地区，例如可能发生过采矿活动的矿化区域。

引言

为了评估与采矿和工业运营相关的环境影响，特别是人为来源的地球化学扩散，首先需要评估未受人为影响的情况下自然存在于研究介质中的金属和类金属的含量（Matschullat等人，2000年）。对于土壤而言，这包括评估当地的自然土壤地球化学背景（Baize和Sterckeman，2001年；Pacifico等人，2025年）。土壤的地球化学组成主要取决于母岩的岩性、气候条件和生物地球化学过程（de Caritat等人，2012年）。与环境中不存在的合成有机物质不同，大多数与采矿活动相关的化学元素具有地质来源，这些元素源于成矿过程（Seal和Nordstrom，2015年）。特别是在存在天然矿化的采矿区域，这会在周围土壤和沉积物中留下可识别的地球化学痕迹，且这些痕迹在很短的空间尺度上往往变化非常显著。实际上，地球化学勘探依赖于识别这种自然变化。因此，在前采矿区域，描述自然地球化学背景的方法应明确考虑与矿床存在相关的自然变化和高浓度（例如Galán等人，2019年），从而区分采矿活动的影响和自然地质背景。例如，区分地质来源和人为来源的方法可以基于统计和地质统计分析（Facchinelli等人，2001年；Zhou和Xia，2010年；Boente等人，2020年；Borojerdnia等人，2020年）。一些研究还整合了其他参数，如矿物学（Palmer等人，2021年）或磁化（Zhou和Xia，2010年）。还有一些研究针对深层土壤层，基于它们不应受人为影响的前提（Blaser等人，2000年；Yang等人，2009年）。然而，这一假设没有考虑到成土作用或生物活动对感兴趣元素分布的影响，而这些影响在不同土壤层之间是不可比较的（Reimann和de Caritat，2005年）。

1892年发现富含黄金的矿脉后（Sauzay，2004年），位于法国南部Aude地区的Salsigne矿区在整个20世纪都经历了大规模的采矿活动，成为欧洲最重要的金矿之一。该矿区开采的矿石还含有高浓度的砷，使其成为全球领先的砷生产地。在这种复杂的地质和工业环境中评估土壤地球化学背景是一项具有挑战性的任务（Reimann和Garrett，2005年；Reimann等人，2018年；Belbeze等人，2023年）。所使用的方法会对结果的代表性与否产生显著影响，最近关于Salsigne地区的研究也对此进行了讨论（Delplace等人，2022年；Melleton等人，2022年）。本文介绍了为识别Salsigne地区土壤受以往采矿活动影响而进行的调查结果，采样和分析工作遵循了法国针对受污染场地和土壤的国家标准（Ademe，2018a，b；ISO，2018年；MTES，2017年）以及先进的地质统计方法。本文的主要目的是提出一种方法，该方法能够考虑可能对自然土壤背景浓度产生显著影响的自然地质变异性。

章节摘录

地理与气候

Salsigne前金-砷矿区因Salsigne村而得名，占地约80平方公里，位于法国南部Montagne Noire山脉南侧，距离卡卡松市约15公里（图1a）。图1a中提供了矿区的名称，因为下文会引用这些名称，而且与矿区相关的额外信息通常也使用这一术语。该地区的总体地貌特征...

采样点位置

采样点的选择遵循了有针对性的方法（Demetriades等人，2022年）。首先根据1:50 000比例尺绘制的岩性背景地图（Berger等人，1993年）以及基于场地历史研究和20世纪50年代末期航拍照片的分析，理论性地选择了采样点。第一步是避免那些有旧采矿活动或近期采矿活动的区域...

野外观察

在采样过程中，广泛观察到了三个连贯地质区域各自的野外特征。轴向带区域主要由片岩组成，土壤颜色较深且质地细腻，含有容易筛分的页岩碎片。Minervois岩层区域的岩性更为多样（有时为白云岩、砂岩和页岩），其土壤性质因母岩不同而有所差异：页岩形成的土壤颜色较浅且质地细腻，而碳酸盐岩相形成的土壤...

将区域划分为连贯地质单元的代表性

土壤的自然地球化学组成主要是风化过程作用于母岩的结果（Aubert和Pinta，1980年）。因此，源岩的岩性是控制其组成的最重要参数。根据Saby等人（2009年）的方法，我们首先对数据进行了多变量统计处理，以检验本研究中假设的分组是否合理。第二步，我们检查了这些数据在空间上的分布...

结论

法国南部前Au-As Salsigne地区漫长的采矿历史造成了显著的环境影响。为了更好地识别和管理这些影响，有必要确定构成土壤地球化学背景的参考值。这里的“背景”指的是一组可比样本中某种元素含量的统计平均值。自然土壤地球化学背景未受人为影响；...

CRediT作者贡献声明

Florence Rivet： 数据整理。Jeremie Melleton： 文稿撰写——初稿撰写、验证、方法论制定、调查、概念构建。Stephane Belbeze： 软件开发、方法论制定、概念构建。Philippe Negrel： 文稿撰写——审阅与编辑。Guillaume Vic： 文稿撰写——审阅与编辑、数据整理。Pascal Auger： 数据整理。Matthieu Chevillard： 调查、数据整理。Ingrid Girardeau： 方法论制定、数据整理。Dominique Guyonnet： 文稿撰写——审阅与编辑、初稿撰写...

未引用参考文献

Belbèze等人，2023年；de Caritat和Reimann，2012年；Duparc和Borloz，1928年；Geze，1949年；Grunsky和de Caritat，2019年；HCSP和French.Helsel，2021年；Melleton等人，2021年；MTES和MTES，2025年；Passarelli和Winograd，2011年；Reimann和De Caritat，2017年；Salminen等人，2005a；Salminen等人，2005b；Sauvaget等人，2022年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突，这些利益冲突可能会影响本文所述的工作。所有作者均为法国地质调查局（BRGM）的雇员。该机构通过其矿山安全与风险预防部门（DPSM）受法国政府委托，负责管理Salsigne前矿区的相关风险。该地区的风险管理包括建立潜在影响的清单并实施...

致谢

本研究是在BRGM的采矿预防与安全部门管理Salsigne地区前矿区的框架下进行的，这一职责由法国政府授权。我们要感谢该部门团队，特别是Aurélie Labastie和Jean-Louis Nedellec在项目实施过程中提供的支持。同时，我们也感谢Nicolas Maubec和Stéphane Gaboreau在短时间内完成了矿物学分析工作。我们还要感谢...