廣東省稀土礦違法開采遙感動態(tài)監(jiān)測研究

朱俊鳳，王耿明，李文勝

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東·廣州 510080）

我國南方離子吸附型稀土礦富含中、重稀土，是高新技術(shù)領(lǐng)域所需的重要材料，具有易開采、配分齊、放射性低等特點而成為世界稀土產(chǎn)業(yè)中罕見和珍貴的自然礦產(chǎn)資源，被國家列為保護性開采的特定礦種和戰(zhàn)略性資源[1,2]。廣東省是我國南方離子吸附型稀土礦的重要產(chǎn)區(qū)，然而隨著稀土礦產(chǎn)品的價格上漲，受利益驅(qū)使，近些年來廣東省稀土礦非法開采、亂采濫挖現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，不僅嚴重擾亂了礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序，還由于開采技術(shù)含量低、工藝落后、采富棄貧，造成植被破壞、水土流失、土壤污染、河道淤塞、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題[3～9]。因此，加強稀土礦監(jiān)管、保護生態(tài)環(huán)境越來越受到政府部門的重視。

遙感具有宏觀、快速以及重復監(jiān)測性等優(yōu)點，被廣泛應用于礦山開發(fā)調(diào)查與監(jiān)測中[10～14]，也為稀土礦的違法開采動態(tài)監(jiān)測提供了快速、有效的技術(shù)手段[15～17]。中國地質(zhì)調(diào)查局從2010年開始在全國部署礦產(chǎn)衛(wèi)片遙感解譯，至今已開展5年，本文以廣東省2010年到2014年礦產(chǎn)衛(wèi)片成果為基礎，論述了稀土礦違法開采的遙感調(diào)查方法和廣東省2010～2014年稀土礦的違法開采特征與變化趨勢，并對應用中存在的問題進行了總結(jié)與分析，以期為礦政管理部門整頓稀土礦開發(fā)秩序、保護和治理礦山地質(zhì)環(huán)境提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)[18]。

1 研究區(qū)概況與遙感數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

廣東省是我國稀土資源的重要產(chǎn)區(qū)之一，省內(nèi)稀土礦以離子吸附型稀土礦最具特色，其含礦原巖分布廣，成礦條件優(yōu)越。廣東離子吸附型稀土礦的礦源巖以各類侵入巖、火山巖和次火山巖為主，次為混合巖；侵入巖形成時代以燕山期最為重要，特別是燕山三期礦源巖最多、面積最大，次為燕山一期和燕山四期；巖性為二長花崗巖、黑云母花崗巖、二云母花崗巖、花崗閃長巖等[19]。

就地域而言，廣東離子吸附型稀土礦分布廣泛，北起接近湘贛的樂昌、始興、和平、平遠、蕉嶺，南至電白、臺山、寶安、惠東等沿海地區(qū)；西起信宜、廉江，東至大埔、豐順等縣。集中地分布于中部地帶，以清遠、揭陽、和平、鶴山、惠東、大埔、英德、平遠、高明等地較為豐富[20]。

1.2 遙感數(shù)據(jù)源

廣東省礦產(chǎn)衛(wèi)片遙感解譯以全國土地變更調(diào)查與監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，覆蓋全省，每年一期數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取時間為每年的10月到12月，為正射校正數(shù)據(jù)，國土資源部統(tǒng)一下發(fā)，數(shù)據(jù)種類包括Pleiades 1（P1）、WorldView1（WV1）、WorldView2（WV2）、WorldView3（WV3）、GeoEye1（GE）、QuickBird（QB）、Ikonos（IK）、SPOT5、SPOT6、高分1（GF1）、資源3（ZY3）、天繪（TH1）、資源1號02C（02C）、RapidEye（RE）、遙感2（YG2）、遙感8（YG8）、遙感14（YG14）等。按空間分辨率的大小，將全省稀土礦區(qū)遙感數(shù)據(jù)源大致分為三類：

（1）高分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率優(yōu)于1m的數(shù)據(jù)，包括P1、WV1、WV2、WV3、GE、QB、IK等。該類數(shù)據(jù)整體質(zhì)量良好，紋理清晰、色彩均勻、反差適中，能夠很好地識別露天開采稀土礦的沉淀池、晾曬坪、礦山建筑等。

（2）中等分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率為1.5～2.5m，包括SPOT5、SPOT6、GF1、ZY3、TH1、02C等。該類數(shù)據(jù)也能夠較好地識別稀土礦的沉淀池、晾曬坪、礦山建筑等，但紋理信息相對高分辨率數(shù)據(jù)要差。

（3）低分辨率數(shù)據(jù)：空間分辨率為5m，包括RE、YG2、YG8、YG14。該類數(shù)據(jù)空間分辨率較低，紋理信息較差，對于小型稀土礦或位置較為隱蔽的礦區(qū)，識別較為困難，但對于剝土面積較大的稀土礦能識別沉淀池。

2 技術(shù)路線與技術(shù)方法

2.1 技術(shù)路線

采用遙感數(shù)據(jù)與其他多源數(shù)據(jù)相結(jié)合、目視解譯法與人機交互解譯相結(jié)合、野外實地調(diào)查與室內(nèi)綜合研究相結(jié)合的技術(shù)路線來開展稀土礦開采狀況的遙感調(diào)查與監(jiān)測（圖1）。

圖1 廣東省稀土礦違法開采遙感調(diào)查技術(shù)路線Fig.1 Remote sensing investigation technical route of illegal exploitation of rare earth in Guangdong province

2.2 技術(shù)方法

本文所采用的主要技術(shù)方法有資料收集、遙感信息提取、野外調(diào)查驗證、圖件編制和綜合研究。

2.2.1 資料收集

資料收集主要包括收集廣東省土地變更調(diào)查遙感數(shù)據(jù)、廣東省基礎地理、地形圖資料、地質(zhì)礦產(chǎn)資料、礦產(chǎn)資源規(guī)劃資料以及采礦權(quán)、探礦權(quán)資料等。

2.2.2 遙感信息提取

（1）建立遙感解譯標志

在初步解譯之前，為了解譯標志的準確性，需要進行野外踏勘，了解稀土礦開采礦區(qū)開采方式、開采特點以及和遙感影像的關(guān)系。廣東省稀土礦開采方式先后經(jīng)歷了三種，即池浸法、原地堆浸法和原地浸礦法[21]。池浸法為早期開采方式，破壞山體面積大，環(huán)境污染嚴重，現(xiàn)多棄用；原地堆浸法是在池浸法基礎上發(fā)展起來的，不同的是在開采區(qū)附近原地堆浸，但沒有本質(zhì)上的不同；原地浸礦法不用大面積破壞山體，而是打孔注液，比較隱蔽，近一兩年被違法開采者使用。不同開采方式有不同的開采特點，從而遙感影像特征和解譯標志也有所不同。根據(jù)影像色彩、形狀、大小、影紋、位置等建立不同開采方式、不同開采狀態(tài)稀土礦解譯標志（圖2）。

圖2 稀土礦典型影像和野外照片F(xiàn)ig.2 Rare earth typical images and fi eld photos

① 開采區(qū)：池浸法、原地堆浸法挖掘稀土礦區(qū)的區(qū)域，影像上凹凸不平，有明顯開挖痕跡。正在利用開采區(qū)在影像上色調(diào)呈現(xiàn)灰白，較為新鮮；廢棄開采區(qū)受風化剝蝕作用，影像上紋理比較雜亂，色調(diào)偏暗，沉淀池、晾曬坪無水或含水量少。

② 池浸場：池浸法用來沉淀稀土元素的場所，通常位于山腰處，形狀為排列規(guī)則的長方形池子，邊界較為清晰。正在使用的池子因為有水體存在在影像上呈現(xiàn)黑、灰黑色調(diào)，廢棄池浸場呈灰白色調(diào)。

③ 堆浸池、晾曬坪：原地堆浸法用來沉淀稀土元素的場地，位于開采區(qū)旁邊，形狀通常為田字形方格。正在使用的堆浸池因為水體的存在在影像上呈現(xiàn)黑、灰黑色調(diào)，廢棄堆浸池呈灰白色調(diào)。

④ 尾砂區(qū)：由洗礦后的尾砂堆砌而成，靠近池浸場、堆浸池，受雨水沖刷有明顯的沖溝，正在開采礦區(qū)尾砂區(qū)在影像上呈灰白色調(diào)，廢棄尾砂區(qū)色調(diào)偏暗。

⑤ 注液區(qū)：原地浸礦注射藥液的區(qū)域，位于山頂或山坡，布滿注液井，通常植被未被破壞，直接解譯較為困難，可通過高位池、沉淀池等進行間接解譯。

⑥ 高位池：原地浸礦用于儲存藥液的池子，位于注液區(qū)頂部，圓形或方形，依據(jù)使用狀態(tài)呈黑、灰黑色、灰白色調(diào)。

⑦ 沉淀池：三種開采方式都存在，呈圓形或長方形，正在使用的沉淀池呈黑、灰黑色調(diào)，廢棄沉淀池一般呈灰白色調(diào)。

池浸場、堆浸池、沉淀池在遙感影像上形態(tài)特征明顯，是稀土礦的典型解譯標志，它們存在的礦區(qū)一般就能判斷為稀土礦。

（2）信息提取

在建立的解譯標志基礎上，結(jié)合廣東省稀土礦資源分布、開發(fā)利用現(xiàn)狀等資料，在與探礦權(quán)、采礦權(quán)等數(shù)據(jù)綜合對比分析的基礎上，采用人機交互解譯方法提取稀土礦開采狀態(tài)、違法開采類型等。

另外，多期影像對比分析有助于判斷礦山開采狀況。圖3為新豐縣某地區(qū)稀土礦多期影像對比遙感調(diào)查圖，2011年、2012年遙感影像為天繪1，2013年遙感影像為資源3號。從影像對比分析可以看出，2012年相比2011年，圖斑明顯擴大，左邊的小圖斑和右邊的大圖斑已連在一起，且右邊的圖斑向外擴大，表明2012年該圖斑還在開采。對比2013年和2012年，圖斑范圍沒有擴大，但內(nèi)部影像紋理有變化，不再有典型格子狀，而是較為雜亂，判斷為水土流失造成。2013年野外調(diào)查時該圖斑已處于停采、廢棄狀態(tài)，且該區(qū)域沒有進行復綠。

圖3 某稀土礦區(qū)多期影像對比Fig.3 Multi satellite images of one rare earth deposit

根據(jù)廣東省采礦權(quán)、探礦權(quán)資料，廣東省2011～2014年度稀有稀土類采礦權(quán)、探礦權(quán)如表1。從表可以看到，2011年后，稀有稀土類采礦權(quán)、探礦權(quán)急劇縮減，稀土礦作為重要的戰(zhàn)略資源得到進一步保護。

表1 廣東省稀有稀土類采礦權(quán)與探礦權(quán)統(tǒng)計Table 1 Statistics of Guangdong province rare earth mining right and mineral exploration right

2.2.3 野外調(diào)查驗證

室內(nèi)初步解譯以后，根據(jù)疑似違法圖斑分布情況，做好野外路線規(guī)劃，對疑似違法開采圖斑進行逐個野外調(diào)查驗證，達到檢驗、修改、補充遙感初步解譯結(jié)果的目的，并對每一個疑似違法圖斑做好文字記錄和拍照記錄，進一步完善解譯標志。

2.2.4 圖件編制與綜合研究

野外驗證后，在ArcGIS 10平臺上，以縣為行政單位，編制疑似違法圖斑統(tǒng)計圖，并編制全省、市、縣疑似違法圖斑個數(shù)、類型統(tǒng)計表，對違法圖斑分布規(guī)律、變化趨勢和存在問題等進行綜合分析與研究，提出相應對策及建議。

2.2.5 成果提交

按項目要求，進行成果提交，包括統(tǒng)計表、成果圖件、文字報告等。

3 遙感監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 遙感監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)年度礦產(chǎn)衛(wèi)片解譯結(jié)果，2010年到2014年，廣東省稀土礦疑似違法圖斑統(tǒng)計如圖4，全部為疑似無證開采圖斑。2010年度有47個圖斑，2011年度圖斑數(shù)最多，有73個，2012年度有25個圖斑，2013年度有2個圖斑，2014年度有15個圖斑。

圖4 廣東省稀土礦疑似違法圖斑統(tǒng)計Fig.4 Statistics of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.2 分布特點

2010～2014年廣東省稀土礦疑似違法圖斑分布如圖5。

2010年主要分布在粵東的梅州、粵中的英德市、新豐縣；2011年主要分布在粵中的英德市、新豐縣和河源市；2012年分布范圍進一步擴大，主要分布在粵西的肇慶和粵中的佛岡縣；2013年圖斑只有2處，分布在惠州市；2014年相比2013年，圖斑分布范圍擴大，主要分布在粵西的肇慶市、江門市和粵東的河源市。

圖5 廣東省稀土礦疑似違法圖斑分布Fig.5 Distribution of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.3 變化趨勢

結(jié)合每年的圖斑數(shù)量、分布區(qū)域、開采特點，對廣東省稀土礦開采進行綜合分析、研究，有如下特點：

（1）總體呈加劇、減弱、反彈的趨勢

從圖4可以看到，2011年違法圖斑數(shù)量急劇增多，相比2010年，圖斑個數(shù)增加55.3%，且分布集中，主要分布于英德市和新豐縣，這兩個地方的圖斑個數(shù)占2011年圖斑總數(shù)的63.0%。2012年，廣東省開展“三打兩建”行動，對稀土礦違法開采進行了有力打擊，這一年稀土礦的違法開采大大減弱，圖斑減少幅度達到65.8%。2013年度，稀土礦違法開采繼續(xù)減弱，所有舊采礦點都處于廢棄狀態(tài)，只有兩處新增圖斑，且規(guī)模較小。而到2014年度，稀土礦的違法開采有所反彈，發(fā)現(xiàn)15處新增圖斑，且有的圖斑規(guī)模較大。因此，廣東省稀土礦的違法開采總體呈現(xiàn)加劇、減弱，后又反彈的趨勢。

（2）持續(xù)違法圖斑少、分布范圍廣

從持續(xù)違法來看，只有2011年度相對2010年度有10個持續(xù)違法圖斑，2012年度、2013年度、2014年度都為新增圖斑，這一方面表明2010—2011年度稀土違法開采的猖獗，另一方面也反映出稀土開采的特點，即周期短、速度快，往往幾個月就開采完畢，無需第二年度再繼續(xù)開采。

從多年違法開采的分布范圍來看，有逐年加大的趨勢，幾乎遍及整個廣東省，南到陽江市、北到韶關(guān)市、西到肇慶市、東到潮州市，中部珠三角地區(qū)的江門市、深圳市都有分布，一方面表明廣東省稀土礦分布廣泛，另一方面也增加了稀土礦監(jiān)測的難度。

（3）開采工藝改變、隱蔽性強、監(jiān)測難度加大

從開采方式來看，2010～2013年度，稀土礦開采方式主要為池浸法、原地堆浸法，原地浸礦法較少，而從2014年的調(diào)查結(jié)果看，原地浸礦法已成為廣東省稀土礦的主要開采方式。這種開采方式通過打孔注液，然后回收稀土礦液的方式進行開采，不破壞植被或山體，沉淀池又多位于山谷處，位置隱蔽，遙感影像上表現(xiàn)不明顯，且地點多處于偏遠山區(qū)，交通不便，野外驗證難度大，遙感監(jiān)測的整體難度也相應加大。

4 存在問題與對策建議

4.1 存在問題

（1）稀土礦的開采具有周期短、速度快的特點，一年一期的遙感監(jiān)測難以滿足需求，往往年底野外調(diào)查時，已開采完畢，同時隨著礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法的開展，違法開采人員越來越了解礦產(chǎn)衛(wèi)片執(zhí)法的方式、時間等，往往采取各種方式逃避衛(wèi)片執(zhí)法的打擊，如覆蓋保護膜、在年底野外調(diào)查時撤出人員、機械，而過了這段時間又重新開工。這些都導致違法主體不明，衛(wèi)片執(zhí)法難度加大。

（2）稀土礦開采越來越向偏遠山區(qū)轉(zhuǎn)移，山高林密，交通不便，且開采方式采用原地浸礦法，隱蔽性更強，給遙感監(jiān)測帶來極大難度。

4.2 對策建議

（1）針對稀土礦開采周期短、速度快的特點，建議開展動態(tài)監(jiān)測，哪個區(qū)域收集到數(shù)據(jù)，哪個區(qū)域就優(yōu)先開展遙感監(jiān)測，不必等到全省數(shù)據(jù)都收集完畢再開展，爭取每年能有3～4次的監(jiān)測。隨著國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)越來越多，如資源一號02C、高分系列、資源3號、天繪系列、遙感系列衛(wèi)星等，遙感數(shù)據(jù)獲取的能力越來越大，這一需求完全能夠滿足，也能極大地促進國產(chǎn)衛(wèi)星的應用。

（2）針對稀土礦開采地點偏僻、隱蔽性強的問題，建議在稀土礦集中分布區(qū)開展低空無人機遙感監(jiān)測。低空無人機遙感技術(shù)具有機動靈活性、快速反應能力和低運行成本等優(yōu)勢，正逐步成為航空和航天遙感系統(tǒng)的有益補充，特別是在小范圍、多云多雨地區(qū)、已有光學遙感數(shù)據(jù)精度不高地區(qū)的遙感應用中能發(fā)揮相當重要的作用[22]。

5 結(jié)論

本文以廣東省多年礦產(chǎn)衛(wèi)片成果為基礎，論述了稀土礦違法開采遙感調(diào)查的技術(shù)路線和技術(shù)方法，并總結(jié)了廣東省2010年到2014年度稀土礦違法開采特征、變化趨勢以及存在問題和建議，得出如下結(jié)論：

（1）遙感調(diào)查方法已成為稀土礦監(jiān)測的最主要和有效方式，采用遙感調(diào)查方法能夠快速、準確獲取大面積的稀土礦開采狀況，為礦政管理部門整頓稀土礦開發(fā)秩序提供第一手資料，有力打擊稀土礦違法開采現(xiàn)象。

（2）廣東省稀土礦違法開采總體呈加劇、減弱、再反彈的趨勢，疑似違法開采圖斑點多、分布廣，但持續(xù)違法少，近兩年開采方式和地點更為隱蔽，遙感監(jiān)測難度加大。

（3）稀土礦開采具有周期短、速度快的特點，如能采用國產(chǎn)衛(wèi)星縮短監(jiān)測周期，將進一步發(fā)揮遙感在稀土礦違法開采監(jiān)測中的作用，也能極大促進國產(chǎn)衛(wèi)星的發(fā)展和應用。

（4）低空無人機遙感能對地點偏僻、開采方式隱蔽、已有航天遙感數(shù)據(jù)精度不高地區(qū)的稀土礦違法開采監(jiān)測發(fā)揮重要作用。

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