利用遙感調(diào)查和監(jiān)測湘西花垣鉛鋅礦山尾礦資源研究

李 琨

(湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長沙 410002)

1 概 況

1.1 研究背景

尾礦資源包括礦山廢石和尾砂。在礦產(chǎn)開采的不同歷史時(shí)期，受選礦技術(shù)和設(shè)備條件的限制，或選礦工藝的原因，造成選礦回收率低，使部分通過技術(shù)改造、設(shè)備更新后還可以回收的有用組分成了尾礦。加強(qiáng)礦山尾礦資源的綜合治理和利用，可避免經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和嚴(yán)重的社會影響，得到了各級政府部門的高度重視與民眾的熱點(diǎn)關(guān)注[1-2]。

湖南省是全國十大礦業(yè)省份之一，被譽(yù)為“有色金屬之鄉(xiāng)”。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，湖南省共有尾礦堆3 368處，總堆存量約8.1億噸，占地面積3 571.03公頃，目前仍以每年1 000萬噸的速度增加。

湖南省礦山尾礦資源的綜合利用整體水平較低，急需加強(qiáng)尾礦資源的勘查和綜合利用研究，這在全國同類尾礦資源的整體利用中也將具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 目的意義

探索出一種高效提取尾礦中有用組分的途徑，實(shí)現(xiàn)尾礦資源綜合利用的重大突破，不但可以減少直至消除尾礦壩建設(shè)和維修費(fèi)用及環(huán)境治理費(fèi)用，獲得間接的經(jīng)濟(jì)效益，而且從開發(fā)利用本身可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少尾砂庫、廢石堆的存在對礦山環(huán)境的污染和潛在的地質(zhì)災(zāi)害威脅，獲得間接的生態(tài)效益[3-4]。

金屬礦山的尾礦中，有用組分多，賦存量大，用途廣，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值大[5]。如湘南柿竹園鎢錫鉍鉬多金屬礦有大型尾礦庫2座，總堆存量500萬噸以上，尾礦中有用組分有鎢、錫、鉍、鉬等主礦種和鎵、銦等礦產(chǎn)，含量及綜合利用價(jià)值有待調(diào)查；新田嶺多金屬礦有大型尾礦庫1座，庫容300萬噸以上，迄今鎵沒有綜合利用，礦床中鎵儲量為2 396噸，潛在價(jià)值約140億元。

尾礦的大量堆存不僅占用大量土地，浪費(fèi)了資源，而且對環(huán)境造成巨大破壞，甚至造成嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害[6]。如1985年郴州柿竹園礦發(fā)生大規(guī)模礦山尾砂廢石流，長11 km，固體物質(zhì)總輸移量達(dá)5 500萬立方米，致死49人，直接經(jīng)濟(jì)損失1 748萬元；1997年花垣李梅鋅礦尾礦壩坍塌，造成50畝良田被摧毀。

2 技術(shù)路線

2.1 尾礦資源信息提取

利用高分辨率的遙感影像，采用室內(nèi)人機(jī)交互式解譯的方法，提取尾礦庫位置、面積、數(shù)量等相關(guān)信息。同時(shí)，通過礦權(quán)和附近開采點(diǎn)情況，初步判斷該尾礦庫的礦種、占地類型、分布情況等。通過收集資料和解譯內(nèi)容，利用ArcGIS軟件編制礦區(qū)尾礦資源綜合利用分布圖[7]。

2.2 野外實(shí)地驗(yàn)證

完成室內(nèi)初步解譯后，野外實(shí)地逐宗驗(yàn)證室內(nèi)解譯內(nèi)容的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步確定尾礦庫涉及礦種、開發(fā)利用現(xiàn)狀，以及通過查閱相關(guān)資料調(diào)查了解該尾礦庫的尾礦賦存量、有用組分和綜合利用情況。

2.3 綜合分析與評價(jià)

選擇尾礦資源較豐富的花垣鉛鋅礦區(qū)為試點(diǎn)工作區(qū)，重點(diǎn)調(diào)查尾砂庫和廢石堆的數(shù)量、分布情況、涉及礦種和面積，通過DEM數(shù)據(jù)分析預(yù)計(jì)尾砂庫的庫容；同時(shí)，通過野外驗(yàn)證、鉆探取樣、實(shí)驗(yàn)室樣品化驗(yàn)分析，進(jìn)一步明確尾礦資源的有用組分含量，通過詢問調(diào)查了解該尾礦庫的尾礦賦存和綜合利用情況；最終，對示范區(qū)內(nèi)尾礦資源的分布利用情況進(jìn)行綜合分析與評價(jià)[8-9]。

3 示范區(qū)遙感調(diào)查與監(jiān)測情況

3.1 示范區(qū)概況

花垣鉛鋅礦區(qū)境內(nèi)鉛鋅礦資源豐富，開采歷史悠久，區(qū)內(nèi)以鉛鋅儲量達(dá)150萬噸的李梅礦而聞名國內(nèi)，礦田自北至南分為李梅、芭茅寨、土地坪、魚塘寨、老虎沖5個(gè)礦區(qū)9個(gè)礦段，目前礦田開發(fā)強(qiáng)度較大，有大小礦山13個(gè)。

花垣鉛鋅礦產(chǎn)于寒武紀(jì)下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)下段上部的第三、四亞段，其中第三亞段又稱藻灰?guī)r亞段，為本區(qū)主要容礦層位。

選定湘西花垣鉛鋅礦區(qū)為本次試點(diǎn)示范區(qū)，示范區(qū)拐點(diǎn)坐標(biāo)是：E109°12′44″，N28°34′34″；E109°27′59″，N28°34′56″；E109°28′30″，N28°17′34″；E109°13′16″，N28°17′12″，遙感調(diào)查與監(jiān)測示范區(qū)面積為799 km2。

3.2 尾礦資源遙感調(diào)查與監(jiān)測

利用花垣鉛鋅礦區(qū)尾礦資源綜合利用分布圖，歷時(shí)1個(gè)星期，對花垣鉛鋅礦區(qū)內(nèi)的尾礦資源進(jìn)行了實(shí)地核查。

經(jīng)核查后結(jié)果顯示，示范區(qū)內(nèi)有尾砂庫59座、礦山廢石堆190處(表1)，涉及礦種主要為鉛鋅礦、錳礦等，占地總面積達(dá)到1 123.35公頃，主要分布在龍?zhí)舵?zhèn)、團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)、貓兒鄉(xiāng)、民樂鎮(zhèn)等，尾礦資源中有用組分為鉛、鋅、錳、銅、硫、石英、螢石等礦產(chǎn)，總堆存量上千萬噸，尾礦資源潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值大。

表1 花垣鉛鋅礦區(qū)尾礦資源總體情況統(tǒng)計(jì)表

3.2.1 尾砂庫

示范區(qū)內(nèi)，尾砂庫主要是地下開采的鉛鋅礦經(jīng)浮選法選礦后形成的尾砂，共有尾砂庫59座，主要分布在龍?zhí)舵?zhèn)、貓兒鄉(xiāng)、團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)，尾砂庫占地總面積459.7公頃，預(yù)計(jì)庫容量達(dá)68 318 748.89 m3，有用的主要組分為鉛、鋅、銅、硫、石英、螢石等，潛在利用價(jià)值大。

3.2.2 礦山廢石堆

示范區(qū)內(nèi)，礦山廢石堆主要是由地下開采鉛鋅礦、錳礦等礦產(chǎn)資源而堆積的廢棄礦石，共有廢石堆190處(表2)，主要分布在龍?zhí)舵?zhèn)、貓兒鄉(xiāng)、團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)、民樂鎮(zhèn)、排吾鎮(zhèn)、兩河鄉(xiāng)等，廢石堆占地總面積663.65公頃，總堆存量上千萬噸，有用的主要礦產(chǎn)組分為鉛、鋅、錳、石英等，潛在價(jià)值非常大。

圖1 野外實(shí)地核查照片(尾砂庫)

表2 花垣鉛鋅礦區(qū)礦山廢石堆調(diào)查情況統(tǒng)計(jì)表

3.3 尾礦資源有用組分分析

通過對花垣鉛鋅礦區(qū)尾礦資源樣品的礦物組成進(jìn)行成分化驗(yàn)分析，該區(qū)內(nèi)尾礦資源主要由石英、方解石、粘土礦物、螢石以及少量閃鋅礦、方鉛礦組成，所占重量百分比如表3所示。

表3 花垣縣李梅鉛鋅礦尾礦資源的礦物構(gòu)成

3.4 尾礦資源綜合利用現(xiàn)狀

花垣鉛鋅礦區(qū)內(nèi)的尾礦資源包括礦山廢石堆和尾砂庫，礦山固體廢棄物堆存量大面廣，所蘊(yùn)藏的有用組分比較豐富，特別是尾砂庫中的有用組分更是儲量豐富、價(jià)值可觀。

目前，花垣鉛鋅礦區(qū)內(nèi)的尾礦資源還只是處于被廢棄堆放的狀態(tài)，無人對其進(jìn)行綜合開發(fā)利用，因此我們必須加強(qiáng)尾礦資源的勘查和綜合利用研究，這在全國同類尾礦資源的整體利用中也將具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語

湘西花垣鉛鋅礦區(qū)內(nèi)經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，尾礦資源有礦山廢石堆和尾砂庫兩種，涉及開采的主要礦種為鉛鋅礦、錳礦，堆存量大面廣。通過對尾礦樣品化驗(yàn)分析，示范區(qū)內(nèi)尾礦資源中有用礦物包括石英、螢石、閃鋅礦、方鉛礦等，具有可觀的利用價(jià)值，潛在的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益巨大。

通過2011年的試點(diǎn)工作，探索出一套相對成熟的尾礦資源利用遙感調(diào)查與監(jiān)測的技術(shù)路線。在今后可陸續(xù)增加尾礦資源調(diào)查監(jiān)測工作區(qū)，最終覆蓋全省絕大部分尾礦資源豐富的礦山區(qū)域，實(shí)現(xiàn)尾礦資源重新再利用新的突破，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。