采矿后景观的地质成因CO?排放：尼日利亚中北部乔斯市快速城市化区域的环境与公共健康影响

《Science of The Total Environment》：Geogenic CO 2 emissions from post-mining landscapes: Environmental and public health implications in rapidly urbanizing zones of Jos, North central Nigeria

　　

摘要

废弃矿井排放的废气构成了一个显著的采矿后环境与公共健康问题，特别是在遗留采矿场位于或靠近居民区的地区。本研究调查了尼日利亚高原州洛孔和嗨庞地区废弃矿井和活跃矿井的二氧化碳（CO₂）排放情况，旨在评估气象因素和地球化学因素对气体迁移及其潜在环境影响的作用。现场监测于2025年8月至10月期间进行，测量了井口（0 m）和地面以上（1 m）处的CO₂浓度、风速、温度、湿度和大气压。对所采集的土壤样本进行了地球化学、矿物学和有机碳分析，以评估岩石学控制作用及潜在的气体迁移路径。采用回归分析来评估非生物参数与CO₂通量之间的关系。结果表明，CO₂排放强烈受地下深源成因来源、矿井矿物学和大气条件的影响，尤其是风速的影响较大，而温度和压力的影响相对较弱。嗨庞的CO₂通量值达到7.94 kg m^?2 s^?1，洛孔为4.94 kg m^?2 s^?1，反映出气体通过断裂和渗透性矿井结构高效向上运移。CO₂排放的持续性及其与居民区的近距离接触表明存在潜在的长期暴露风险。研究结果强调了进行系统监测、妥善封闭废弃矿井以及实施有针对性的监管政策的必要性，以减轻约斯高原地区的采矿后气体危害。

引言

采矿被认为是约斯高原及其周边地区的一项历史活动。然而，与比希奇和约斯相比，嗨庞和洛孔的采矿活动强度一直较低，直到最近才有所增加。这导致了废弃地的迅速增加、地形被破坏以及可用于农业目的的耕地短缺。这些地区的采矿活动导致了更多的人工挖掘矿坑，从而增加了环境风险，尤其是在采矿活动结束后（采矿后阶段）。主要的环境问题是由于开采土地未能被妥善修复至原始状态而加剧。CO₂的主要来源包括深部地质构造的释气、含碳矿物的氧化以及地下水与围岩之间的相互作用，特别是在具有断裂的花岗岩和变质岩地形中（Lewicki等人，2007）。此外，次要贡献可能来自于微生物呼吸、残余有机物的氧化以及矿渣和暴露岩石表面的化学风化反应（Kuzyakov，2006；Appelo和Postma，2005）。断层、断裂和矿井等结构特征充当了通道，促进了CO₂从地下向大气的迁移。

采矿区域内的地质过程在采矿活动结束后并不会停止，其中最具持久性的环境威胁之一是废弃场址或未妥善封闭的矿井持续排放气体（Wrona等人，2016）。这引发了对采矿后长期影响以及停止采矿活动后环境状况的更多担忧，迫切需要更广泛的研究来了解可能在废弃场址内部或其附近发生的地球化学和地质过程。除了当地地质和采矿相关的控制因素外，大气传输和沉积过程可能有助于受扰动采矿后环境中颗粒物及相关污染物的重新分布。此外，气候变化可能进一步影响水文过程和污染物活化（Barbieri等人，2021；Gentilucci等人，2022）。气候变化可能导致与深层低压系统相关的风暴强度和频率增大（Trepińska，2007）。在恶劣天气事件中，气压下降的频率和幅度将增加（Collins等人，2013）。这些更极端的大气事件和更深的低压降可能导致地下矿井排放更多气体（Lagny等人，2013；Wrona等人，2016）。

在全球范围内，废弃和活跃采矿环境中的深源CO₂排放已成为另一个环境问题，特别是在经历快速城市化的地区。来自欧洲、北美和亚洲火山及构造活跃地形的研究表明，地下CO₂通过断层和矿井空洞的迁移可能构成显著的环境和公共健康风险，包括窒息危害和长期大气贡献（Farrar等人，1995；Seneweera和Norton，2011）。尽管有这些全球性认识，但撒哈拉以南非洲地区的采矿后CO₂排放受到的关注却有限，而该地区的遗留采矿场址正日益被住宅开发所侵占。本研究通过提供来自尼日利亚约斯高原的现场证据，并将当地观察结果置于更广泛的全球深源气体排放背景中，有助于弥补这一空白。

本研究与该领域相关，因为约斯高原的废弃矿井正日益被住宅开发所环绕，然而持续深源CO₂排放的环境影响尚未得到充分理解。本研究的目的是将基于现场的气体通量测量与地球化学、矿物学和气象数据相结合，以评估采矿后环境中CO₂排放的控制因素，具体通过以下目标实现：

• (i)
  量化活跃矿井和废弃矿井的CO₂通量速率；
• (ii)
  评估风速、温度和湿度等非生物因素对CO₂通量的影响。
• (iii)
  评估土壤地球化学和矿物学在控制气体迁移路径中的作用；
• (iv)
  推断研究区域内持续CO₂排放的潜在环境和公共健康影响。

本手稿的组织结构如下：第1部分描述研究区域，第2部分阐述方法框架，第3部分讨论环境控制因素和实验室结果（XRF、XRD和TOC），第4部分总结主要结论和对未来研究的建议。

章节摘要

位置

研究区域位于约斯高原的南部（图1），坐标为N 09° 41′ 55.3″至N 09° 45′ 12.2″，008° 53′ 9.7″至008° 53′ 05.5″，位于高原州约斯南部地方政府区。

雷菲尔德-布地区向杜地区的延伸部分是约斯高原的高地地区和主要锡矿开采区，拥有漫长的采矿活动历史（Kogbe，1989）。过去的采矿活动导致了一个人工水坝的修建，作为农田灌溉的水源，并且

现场测量结果

从洛孔和嗨庞获得的现场数据为评估地质和环境条件对两地CO₂分布和行为的影响提供了重要的基础信息。测量的参数包括0 m和1 m处的压力、湿度、气压趋势、含水层深度、风速和CO₂浓度。

嗨庞经历了更高的风速和略高的气压，从而产生了更高的CO₂通量。然而，洛孔的矿井

结论

本研究为尼日利亚高原州洛孔和嗨庞地区废弃矿井的CO₂排放提供了全面的基于现场的研究。研究结果确立了地质结构和大气条件都强烈影响释气行为。嗨庞由于地下通道更为活跃、矿井空洞得以保存以及构造扰动地质条件，持续显示出相对较高的CO₂通量和质量排放速率。在洛孔，排放量为

CRediT作者贡献声明

Ashinze Richard：撰写——初稿撰写，可视化，软件，资源，方法论，调查，形式化分析，概念构思。Solomon Nehemiah Yusuf：撰写——审阅与编辑，可视化，监督，资源，项目管理，方法论，概念构思。Gusikit Rhoda Bernard：撰写——审阅与编辑，验证，监督，调查，概念构思。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能被视为影响了本论文所报告的工作。

Ashinze Richard|Solomon Nehemiah Yusuf|Gusikit Rhoda Bernard

尼日利亚高原州约斯大学地质系