遙感技術(shù)在新鄉(xiāng)市礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用

邱勝強，馬忠勝，楊麗平

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，鄭州 450006)

遙感技術(shù)在新鄉(xiāng)市礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用

邱勝強，馬忠勝，楊麗平

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，鄭州 450006)

新鄉(xiāng)市是河南省的主要礦業(yè)城市之一，礦業(yè)經(jīng)濟在全省的經(jīng)濟社會發(fā)展中具有重要地位，礦產(chǎn)資源開發(fā)強度大，引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題嚴(yán)重。二十多年來，政府先后有計劃地開展了地質(zhì)災(zāi)害專項調(diào)查，例如1∶50萬比例尺區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，新鄉(xiāng)地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃。

礦山地質(zhì)環(huán)境；遙感技術(shù)；解譯方法；驗證結(jié)果；應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.111

1 引言

由于礦山地質(zhì)環(huán)境問題成因復(fù)雜，隨著我國經(jīng)濟社會迅速發(fā)展，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害仍呈現(xiàn)加劇趨勢，嚴(yán)重危害人民群眾生命財產(chǎn)安全和影響經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

以往工作方法簡單、成果精度不高和礦山地質(zhì)環(huán)境問題機理研究不夠透徹逐漸凸顯，國家形勢要求還青山綠水，綠色發(fā)展，礦山地質(zhì)環(huán)境問題亟待開展大比例尺的調(diào)查，而遙感技術(shù)在礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中，便于獲取礦山地質(zhì)環(huán)境問題現(xiàn)狀信息，監(jiān)測礦山地質(zhì)環(huán)境變化趨勢，建立礦山地質(zhì)環(huán)境問題數(shù)據(jù)庫，輔助政府決策。

2 新鄉(xiāng)市轄區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問題

2.1 崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害

露天開采的礦坑周邊常發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，目前全區(qū)有各類石灰?guī)r處，由于礦體埋藏條件所限，礦山均在地表以下露天開采，形成了較深的采坑，剝廢的廢渣石土無規(guī)則堆放，采面邊坡較陡，多開成高達數(shù)十米的高陡邊坡，大部分坡度均大于70度，遇到不利結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)組合時便會發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。局部地段巖石松動，危巖體較多，有些危巖體失穩(wěn)，存在著安全隱患。

2.2 對地形地貌景觀的破壞

豫北地區(qū)一帶石灰?guī)r礦開采歷史悠久，目前由于礦產(chǎn)資源過度或無序開采，致使山體殘缺不全，有些山頭已經(jīng)不復(fù)存在，同時多處屬禁采區(qū)，礦區(qū)內(nèi)石漠化比較嚴(yán)重，因開采導(dǎo)致植被覆蓋率低，地形地貌景觀破壞和土地資源壓占破壞嚴(yán)重。

2.3 固體廢棄物堆放及其污染

礦山集中分布區(qū)，有些閉坑后礦體、任意堆放的廢石堆遺留在礦區(qū)，其對周圍環(huán)境危害較大，在堆放過程中，廢棄物所含有的大量有害元素對堆放區(qū)土壤、地下水、地表水的污染較嚴(yán)重。

2.4 煤炭開采區(qū)的地質(zhì)環(huán)境問題

新鄉(xiāng)地區(qū)開采煤炭主要集中在于輝縣區(qū)，煤炭的開發(fā)解決了社會經(jīng)濟發(fā)展中對煤炭資源的需求問題，為社會做出了貢獻，但也產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題；如土地大量被毀，植被破壞、水土流失、地下水污染、煤矸石、粉煤灰等污染環(huán)境。同時引發(fā)了地面塌陷、地裂縫、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，直接危害人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

3 遙感信息數(shù)據(jù)來源

收集新鄉(xiāng)市最新的空間分辨率為2.5m和1m的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料；在收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料時，盡量選擇了近期成像時間相同或相近，且云、雪覆蓋較少(小于10%)、影像清晰、反差適中、色調(diào)(色彩)層次豐富的優(yōu)質(zhì)圖像數(shù)據(jù)以滿足本次工作的需要。

4 遙感解譯方法

4.1 初步解譯

在熟悉新鄉(xiāng)市地質(zhì)資料和建立遙感解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，在遙感影像上識別礦山地質(zhì)環(huán)境，圈劃出礦山地質(zhì)環(huán)境要素的分布，編制礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯圖。

遙感解譯方法根據(jù)解譯目標(biāo)的特點，可采用直判法、對比法、證據(jù)匯聚法、鄰比延伸法、水系分析法、邏輯推理法、影紋分類法和綜合景觀分析法等多種方法配合使用，必要時還可以采用計算機數(shù)字圖像處理、遙感資料綜合處理等定量方法進行定量綜合分析。

本次礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯主要采用人機交互式解譯為主、目視解譯為輔的方法進行。

4.1.1 人機交互式解譯為主，目視解譯為輔

1）人機交互式解譯，系指解譯人員運用計算機，直接在計算機上對1∶50000和1∶510000遙感影像進行礦山地質(zhì)環(huán)境的判釋，或是在計算機上對邊界不清楚的礦山地質(zhì)環(huán)境問題進行放大或采用其他的波段組合圖像、單波段圖像、比值圖像進行解譯，必要時進行局部的圖像處理（如邊緣增強處理），并將解譯成果集成在相應(yīng)的圖層上。由于遙感影像在計算機上顯示的信息和信息層次較遙感圖片中相應(yīng)信息和信息層次豐富，所以人機交互式方法的解譯效果較目視解譯好，可以提高礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯的質(zhì)量和精度。另外，由于是在計算機上直接成圖，從而減少了編制成圖的程序。

2）目視解譯，系指采用直判法、對比法和邏輯推理法3種相結(jié)合的方式進行目視解譯。

4.1.2 從已知到未知

解譯時須采用從已知到未知、從定性到定量、從區(qū)域到局部、從總體到個別、按先易后難、循序漸進、不斷反饋和逐步深化的方法進行工作。

4.2 礦山地質(zhì)環(huán)境問題遙感解譯標(biāo)志的建立

建立遙感解譯標(biāo)志是解譯工作的關(guān)鍵之一。遙感解譯標(biāo)志是根據(jù)各類地物的影像標(biāo)志直接進行地物解譯并確定其類別，這些標(biāo)志包含遙感影像上反映地物反射光譜特征的顏色信息、形態(tài)信息和綜合信息。

在充分熟悉和收集工作區(qū)地質(zhì)相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，通過野外實地踏勘或遙感影像上對已知礦山地質(zhì)環(huán)境要素的識別，根據(jù)地物波譜特征和空間特征，分別建立各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題要素的遙感解譯標(biāo)志(如色調(diào)和色彩、陰影、幾何形狀、大小、地貌形態(tài)、水系、影紋圖案及組合特征等)。

4.3 解譯驗證

主要包括遙感初步解譯結(jié)果的野外驗證和詳細(xì)解譯。

1）野外驗證

野外驗證工作是對遙感解譯結(jié)果的檢查和核實，也是修正遙感解譯標(biāo)志的重要依據(jù)和對遙感解譯的必要補充。在室內(nèi)初步解譯的基礎(chǔ)上，對礦山地質(zhì)環(huán)境有代表性的重點地區(qū)開展野外驗證工作，從而對初步解譯成果進行核實、修改和補充，以此提高遙感解譯成果的質(zhì)量和可信度。

野外驗證工作應(yīng)與地面調(diào)查密切配合或同步進行，其主要內(nèi)容包括：

（1）各種遙感解譯標(biāo)志的檢驗；

（2）室內(nèi)初步解譯成果與推斷結(jié)果的驗證；

（3）其他必要資料的補充和收集。

2）修正遙感解譯標(biāo)志

根據(jù)野外對初步解譯結(jié)果的驗證，修正、完善礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯標(biāo)志。

3）詳細(xì)解譯

根據(jù)野外驗證和經(jīng)修正的遙感解譯標(biāo)志，對區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)環(huán)境進行詳細(xì)解譯。

初步解譯成果通過野外驗證后，建立和完善不同種類礦山地質(zhì)環(huán)境的詳細(xì)解譯標(biāo)志，按調(diào)查任務(wù)要求進行了礦山地質(zhì)環(huán)境的詳細(xì)解譯，編制遙感解譯成果圖件。

4）資料綜合整理

在前述遙感解譯資料的基礎(chǔ)上，對解譯、野外驗證資料按要求進行了整理。

4.4 圖件編制

以遙感影像圖為底圖，疊加相關(guān)地理要素、地質(zhì)環(huán)境背景信息和解譯出的礦山地質(zhì)環(huán)境信息，按照調(diào)查區(qū)范圍自由分幅編制1∶500000和1∶100000礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查遙感解譯圖。

4.5 解譯報告編寫

在室內(nèi)解譯及野外調(diào)查驗證的基礎(chǔ)上，對解譯結(jié)果進行補充和修改后，采用ArcGIS10.3軟件，編制河南省新鄉(xiāng)市1∶50000礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查遙感解譯圖和河南省新鄉(xiāng)市1∶10000礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查遙感解譯圖，并提交河南省新鄉(xiāng)市1∶50000礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查遙感解譯成果報告。

5 礦山地質(zhì)環(huán)境遙感解譯驗證結(jié)果

按照礦山地質(zhì)環(huán)境問題類型分為地形地貌景觀破壞、土地資源壓占破壞和地面塌陷。

在遙感調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了多處環(huán)境破壞狀況。工作區(qū)內(nèi)礦業(yè)開發(fā)占用大量土地，尤其是露天開采的建材類礦山開采，致使山體破碎，環(huán)境破壞嚴(yán)重，并產(chǎn)生一系列環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害隱患。實地調(diào)查過程中，在部分礦區(qū)發(fā)現(xiàn)沿路有大量的煤堆、煤矸石堆、廢石堆等廢棄閑置，這些占地都有待進行恢復(fù)治理。

工作區(qū)內(nèi)露天開采的礦山開發(fā)以建材類礦山為主，地下開采的礦山開發(fā)以煤礦為主。礦山開發(fā)引起的地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境問題主要有煤礦采空塌陷，露天開采建材類礦山引發(fā)山體邊坡失穩(wěn)形成巖體崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害、毀壞地表植被造成水土流失及固體廢棄物堆放形成安全和環(huán)境隱患等。

6 結(jié)論

1）以遙感調(diào)查為先導(dǎo)，將遙感調(diào)查貫穿于礦山地質(zhì)環(huán)境問題調(diào)查工作的全過程可提高調(diào)查精度和工作效率。

采用SPOT5遙感數(shù)據(jù)，重點采用Quickbird遙感數(shù)據(jù)，進行礦產(chǎn)地質(zhì)環(huán)境問題解譯，并逐一填卡建檔。在室內(nèi)解譯基礎(chǔ)上，結(jié)合前人資料，初步判斷礦山地質(zhì)環(huán)境問題的分布特征，確定需要進一步核查和調(diào)查的已有的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，以及需要排查的礦山地質(zhì)環(huán)境隱患地段或區(qū)域，劃分重點調(diào)查區(qū)和一般調(diào)查區(qū)，指導(dǎo)野外調(diào)查。并將遙感解譯－野外核查－再解譯貫穿于詳細(xì)調(diào)查工作全過程，發(fā)揮遙感技術(shù)優(yōu)勢，獲得了常規(guī)調(diào)查方法難以獲取的地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害信息，起到了先導(dǎo)和事半功倍的作用，提高了調(diào)查精度和工作效率。

2）利用遙感解譯和野外調(diào)查為主要手段，便于查明地形地貌景觀破壞、土地資源壓占破壞和地面塌陷等礦山地質(zhì)環(huán)境問題。

以遙感解譯和野外核查調(diào)查為主要手段，對已形成的礦山地質(zhì)環(huán)境問題進行調(diào)查，分析其數(shù)量、分布范圍、規(guī)模、結(jié)構(gòu)特征、影響因素和誘發(fā)因素等，開展礦山地質(zhì)環(huán)境背景補充調(diào)查。在遙感解譯的基礎(chǔ)上，為野外實地調(diào)查提供了依據(jù)，便于摸清工作區(qū)礦山基本現(xiàn)狀及其開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響，初步能查明礦山地質(zhì)環(huán)境問題的類型、分布及危害狀況，評價礦產(chǎn)資源開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的影響，分析出礦山地質(zhì)環(huán)境變化趨勢，提出礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復(fù)對策建議，為保護礦山地質(zhì)環(huán)境提供依據(jù)。

【1】王海榮，等.閉坑礦山地質(zhì)環(huán)境問題及其治理對策研究——以河南省新鄉(xiāng)市鳳泉區(qū)為例[J].經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2011（30）：154-155.

【2】簿樹奎,荊永菊.面向?qū)ο筮b感影像信息提取[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2014.

【3】程玉書.基于SPOT5影像的黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感信息提取研究[J].測繪與空間地理信息，2014(11),140-142.

Application of Remote Sensing Technology in the Investigation of Mine Geological Environment in Xinxiang City

QIUSheng-qiang,MAZhong-sheng,YANGLi-ping
(InstituteofSurveyingMappingandGeoinformationofHenan,Zhengzhou450006,China)

Xinxiang city is one of the main mining cities in Henan province. It has an important position in the economic and social development of the province. Because of the great strength of the exploitation of mineral resources, the geological environment problem is serious more than 20 years, the government has planned to carry out a special investigation of geological disasters, such as 1: 50, 000 scale regional environmental geological survey, andmine geologicaldisasterpreventionandcontrolplanninginXinxiangarea.

geologicalenvironment；remotesensingtechnology；interpretationmethod；verificationresult；application

TD167

B

1007-9467（2016）07-0175-02

2016-5-24

邱勝強（1977～），男，安徽桐城人，工程師，從事測繪與遙感地質(zhì)工作研究，（電子信箱）154322986@qq.com。