廣東石人樟鎢礦礦山采礦塌陷區(qū)提取及成果應(yīng)用

吳壽江，龔 梅

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550005)

1 引言

地下開采礦山在采礦過程中造成的塌陷坑、地裂縫、積水坑等地質(zhì)環(huán)境破壞，已成為影響礦山及附近村民健康、生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出問題，引起國家及地方政府部門的重視，積極投入人力、物力、財(cái)力開展研究與治理，塌陷區(qū)作為礦山地質(zhì)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，國家頒布了《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》，實(shí)施《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理規(guī)劃》，推動(dòng)了礦山環(huán)境恢復(fù)治理，一定程度上改善礦山生態(tài)環(huán)境，但礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理仍不適應(yīng)新形勢要求，特別是地下開采引起的塌陷、地裂縫，治理難度高，治理成本大，對礦山地質(zhì)環(huán)境造成破壞仍然嚴(yán)重，嚴(yán)重影像地質(zhì)生態(tài)景觀與礦山發(fā)展。

采空塌陷區(qū)是指礦層采空后頂板覆巖易崩塌冒落，發(fā)展至地面造成地面變形而形成的塌陷坑(楊金中等2011)。本文利用兩期Spot6遙感影像對廣東省石人嶂礦山塌陷坑、地裂縫進(jìn)行判讀解譯，然后圈劃塌陷區(qū)范圍，即解譯采礦引起的塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，在充分對比兩年度的各種災(zāi)害圖斑變化情況及分析，從而圈定該礦山塌陷區(qū)的范圍及發(fā)展趨勢，力求全面、較真實(shí)的反應(yīng)礦山塌陷區(qū)，為政府相關(guān)部門對該礦山環(huán)境治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

廣東省韶關(guān)市石人嶂鎢礦礦山位于韶關(guān)市始興縣深渡水鄉(xiāng)下村，礦區(qū)總面積為2.816 2 km2，開采日期為2016年6月—019年6月，為地下開采礦山，礦權(quán)范圍東經(jīng)114°06′31″～14°08′12″，北緯24°47′54″～24°49′19″。區(qū)內(nèi)年降水量1 600 mm左右，水系發(fā)育較高，為湞江、流墨江與澄江，水資源豐富，海拔300～1 025 m，高山陡坡地貌，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候(馮經(jīng)平等2011)。礦區(qū)地質(zhì)為寒武系與奧陶系淺變質(zhì)碎屑巖系的變質(zhì)砂巖與砂質(zhì)板巖(胡孝奎等2011)。

3 技術(shù)方法

1.遙感影像制作。收集2017年、2018年兩期遙感影像數(shù)據(jù)，影像分辨率為優(yōu)于2 m，采取遙感數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)相結(jié)合，對遙感影像進(jìn)行拉升圖像增強(qiáng)，制作最佳解譯的遙感圖像。 2.針對性地對遙感信息進(jìn)行多層次技術(shù)篩選、信息綜合分析等，進(jìn)行礦山信息分析，制作塌陷坑、地裂縫解譯標(biāo)志，排除礦山開采固體廢棄物、中轉(zhuǎn)場干擾。3.圈定塌陷坑、地裂縫，進(jìn)行三維直觀展示分析，計(jì)算兩年度塌陷坑、地裂縫面積與長度。4.根據(jù)解譯結(jié)果，對比兩年度各因素變換情況，分析塌陷發(fā)展性趨勢，圈定礦山塌陷區(qū)范圍，為相關(guān)部門提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐(見圖1)。

圖1 礦山塌陷區(qū)圈定方法流程

4 遙感解譯標(biāo)志建立

塌陷坑、地裂縫集中分布是采空塌陷區(qū)形成的直接解譯標(biāo)志。根據(jù)石人嶂礦山地質(zhì)地貌特征和解譯標(biāo)志，開展塌陷坑、地裂縫專題的遙感解譯工作，排除礦山固體廢棄物與中轉(zhuǎn)場的干擾，解譯方法如表1。

表1 遙感影像解譯特征表

5 解譯結(jié)果

5.1 信息提取

根據(jù)遙感影像解譯，分別就地裂縫、塌陷坑兩個(gè)專題內(nèi)容進(jìn)行解譯、綜合分析。

通過兩年度遙感解譯，共解譯9條地裂縫，2017年總長度1 365.49 m，2018年總長度較2017年增加了297.54 m，其中增加的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ號(hào)，見表2。通過數(shù)據(jù)對比，此四處地裂縫有進(jìn)一步開裂趨勢。

表2 兩年度塌陷坑面統(tǒng)計(jì)表 單位：m

兩年度共解譯16個(gè)塌陷坑，2017年總面積35 585.46 m2，2018年總面積較2017年增加了3 854.99 m2，其中增加的C、D、E、G、I、K、O、P號(hào)，變化最大的是P號(hào)，面積增加了1 542.04 m2。通過數(shù)據(jù)對比，此八處塌陷坑發(fā)展趨勢繼續(xù)向周邊擴(kuò)大。

表3 兩年度塌陷坑面統(tǒng)計(jì)表 單位：m2

續(xù)表

塌陷坑編號(hào)2017年2018年兩年差值J493.25493.250.00K1 224.571 682.50457.93L225.49225.490.00M651.79651.790.00N282.06282.060.00O192.85556.32363.47P661.622 203.661 542.04合計(jì)35 585.4639 440.453 854.99

通過數(shù)據(jù)對比分析，對廣東石人樟鎢礦礦山采礦塌陷區(qū)進(jìn)行綜合研究，圈定了塌陷區(qū)范圍，總面積為617 047.23 m2。

5.2 三維展示

利用2017年、2018年Spot6遙感影像進(jìn)行三維展示，如圖2，圖3。

圖2 2017年三維影像圖

圖3 2018年三維影像圖

直觀的對比，立體反應(yīng)了廣東石人樟鎢礦礦山采礦塌陷區(qū)范圍，清晰的反應(yīng)了塌陷坑、地裂縫分布，圖2為2017年影像，圖3為2018年影像，有效的為相關(guān)部門對塌陷區(qū)治理提供真實(shí)有效直觀的數(shù)據(jù)。

6 綜合分析

地裂縫

該礦山地裂縫是礦山開采過程中礦層挖空，地表巖、土體在自然與人為因素作用下，逐漸產(chǎn)生開裂，并在地面形成裂縫的，隨著礦山開采劇烈與時(shí)間推移，并慢慢變長變寬，直接在高分辨率影像上顯現(xiàn)出來，開采越劇烈，短時(shí)間變化越大，兩期遙感影像特征表現(xiàn)越明顯，對礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)造成危害越大。

塌陷坑

地面塌陷是指上覆巖層發(fā)生破壞.巖土體下陷或塌落在地下空洞中，并在地表形成不同形態(tài)的塌坑，這種現(xiàn)象稱為地面塌陷。在塌陷區(qū)往往伴隨有圍繞塌坑的若干裂縫，形成大小不等的環(huán)形或弧形開裂。由于下陷的不均一性，有時(shí)候在塌陷區(qū)內(nèi)形成一些起伏不平的鼓丘或不規(guī)則開裂。人為導(dǎo)致土被、植被消失，使其下隱伏的石芽、洼地、溶溝等喀斯特巖溶地貌暴露地表，形成人為石漠化景觀。

塌陷區(qū)

在遙感圖像上，礦山塌陷坑、地裂縫集中或者規(guī)律性的分布，反映了礦山采空后的破壞范圍，礦層采空后，受到外力作用，礦體、巖體受到擠壓出現(xiàn)變形，導(dǎo)致地面發(fā)生變形，并在崩落、裂開的地面造成一定影響范圍，從而形成了采空塌陷區(qū)，利用遙感監(jiān)測技術(shù)方法進(jìn)行塌陷區(qū)監(jiān)測與圈定，既降低塌陷區(qū)調(diào)查成本，又能直觀的反應(yīng)塌陷區(qū)狀況，給予礦山生態(tài)環(huán)境治理提供了科學(xué)數(shù)據(jù)，在對礦山生態(tài)治理中有著不可替代的作用。

7 成果運(yùn)用

(1)現(xiàn)階段遙感已成為監(jiān)測礦山開采引發(fā)塌陷的重要技術(shù)手段，不斷日益成熟，在對獲取礦山塌陷區(qū)數(shù)據(jù)中大大節(jié)約成本，高分辨率的三維圖像使礦山塌陷坑、地裂縫“一目了然”，通過“天眼”直接展示，對塌陷區(qū)的情況及發(fā)展趨勢盡收眼底。

(2)采用遙感解譯與GIS分析手段，對礦山開采造成塌陷區(qū)進(jìn)行預(yù)判圈定，取得了良好的效果，以這種技術(shù)方法，已為自然資源部生態(tài)修復(fù)司提供了及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并根據(jù)其成果展開了塌陷區(qū)治理，在為有關(guān)部門對礦山塌陷區(qū)治理提供依據(jù)和技術(shù)支撐，同時(shí)也為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的綜合治理提供一份翔實(shí)數(shù)據(jù)和充分科學(xué)依據(jù)。