遙感技術(shù)在廣西礦山開發(fā)占損土地中的應(yīng)用

李思發(fā)，李 亮，趙偉立

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550081)

1 引言

隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)具有宏觀、快速和同步等優(yōu)點(diǎn)，在礦山地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測方面的應(yīng)用越來越廣泛(王燕波 等，2011；張焜 等，2012)，尤其是自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局先后實(shí)施的“礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)遙感調(diào)查與監(jiān)測”等項(xiàng)目，快速準(zhǔn)確地對全國礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行遙感調(diào)查和監(jiān)測，為國家綠色發(fā)展指數(shù)統(tǒng)計(jì)、礦山地質(zhì)環(huán)境管理等工作提供了技術(shù)支撐(楊金中 等，2016)。本文基于獲取的2018年度國產(chǎn)高分辨遙感影像及少部分國外高分辨率遙感影像，結(jié)合廣西壯族自治區(qū)自然地理、礦產(chǎn)和基礎(chǔ)地質(zhì)等資料，對全省的礦山開發(fā)占損土地及礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況進(jìn)行遙感監(jiān)測，旨在掌握廣西壯族自治區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境的現(xiàn)狀及趨勢。

2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于華南板塊的南端，大地構(gòu)造分屬揚(yáng)子陸塊和南華活動帶，特有的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境及廣泛分布的泥盆紀(jì)地層，造就了豐富的礦產(chǎn)資源，至1999年底，廣西已發(fā)現(xiàn)礦種115種，有查明資源儲量的89種。有多種重要礦產(chǎn)資源儲量排在全國前列：屬第一位的有錳、銻、鈮鉭等；第二位的有錫、銦等；第三位的有鈦鐵礦、重晶石、水泥用灰?guī)r、飾面大理巖等；第四位的有鋁、鋅、鎢、銀、滑石、高嶺土等。礦床規(guī)模有特大型和大型礦床，但以中小型為主；地區(qū)分布以桂西地區(qū)為主。

2.2 數(shù)據(jù)源

本文研究主要采用中國自然資源航空物探遙感中心下發(fā)的分縣2018年度土地利用調(diào)查與變更數(shù)據(jù)(3E級產(chǎn)品：即為經(jīng)正射、精校正、鑲嵌按行政區(qū)裁剪后的影像產(chǎn)品)，主要數(shù)據(jù)源有國產(chǎn)高分辨遙感影像ZY3、GF2、GJ-1和GF-1以及部分國外高分辨率遙感影像P1、SPOT-6，空間分辨率參數(shù)(張柯南 等，2001；楊金中 等，2019)如表1所示；2018年度最新礦權(quán)數(shù)據(jù)；所有數(shù)據(jù)均采用高斯-克呂格投影，坐標(biāo)系統(tǒng)采用“CGCS2000坐標(biāo)系”。

表1 主要采用的衛(wèi)星影像空間分辨率參數(shù)表

3 研究內(nèi)容及方法

3.1 研究內(nèi)容

遙感技術(shù)在礦山開發(fā)占損土地監(jiān)測中主要包含礦山開發(fā)占損土地和礦山環(huán)境恢復(fù)治理等2個(gè)方面：

1)礦山開發(fā)占損土地：按界內(nèi)開采礦山、疑似違法礦山和廢棄礦山，分別提取礦山開發(fā)區(qū)的采場、礦山建筑物、中轉(zhuǎn)場地(煤堆、礦石堆、洗煤廠、選礦廠、選礦池等)、固體廢棄物(排土場、廢石堆、尾礦庫、煤矸石堆等)以及塌陷坑的占地情況；

2)礦山環(huán)境恢復(fù)治理：調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)面積、恢復(fù)治理前的礦山地物類型或土地類型及面積、恢復(fù)后的土地類型及面積(楊金中 等，2009)。

3.2 技術(shù)路線及方法

一是收集研究區(qū)的自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、礦業(yè)權(quán)數(shù)據(jù)和2018年遙感數(shù)據(jù)；二是根據(jù)影像的色、形、紋理以及外業(yè)踏勘建立主要礦山地物解譯標(biāo)志；三是在ArcGIS 10.2軟件平臺上，根據(jù)建立的遙感解譯標(biāo)志，采用人工目視解譯的方法，完成各礦山地物信息提取；四是結(jié)合區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)圖、礦業(yè)權(quán)資料確定礦山開采礦種；五是根據(jù)礦山道路、礦山植被以及采礦痕跡(礦石堆、排土場等)等情況確定礦山開采狀態(tài)；六是利用收集的采礦權(quán)數(shù)據(jù)圖層與遙感解譯專題數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加分析(劉麗娟 等，2005)，判斷其開采秩序(界內(nèi)開采礦山、疑似違法礦山、廢棄礦山)；七是利用GPS進(jìn)行實(shí)地調(diào)查、驗(yàn)證礦山占地信息；八是綜合分析與研究(劉立 等，2019)。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線Fig.1 Overall technical route

4 主要礦山地物解譯標(biāo)志的建立

4.1 礦山開發(fā)占地解譯標(biāo)志

礦山開發(fā)占地是指礦產(chǎn)資源開采的過程中導(dǎo)致的壓占和損毀土地的情況，常見的有露天采場、中轉(zhuǎn)場地、固體廢棄物、礦山建筑物和塌陷坑。

(1)露天采場

露天開采礦山采場多沿礦脈延伸方向展布，呈負(fù)地形，邊部階梯狀剝離臺階發(fā)育，采場內(nèi)無植被，人為活動與地貌破壞明顯，基于不同的開采礦種，顏色不一，且較周邊地物明亮，與周圍地物差異明顯(蘇一鳴 等，2015)(圖2)。

圖2 建筑用砂露天采場遙感解譯標(biāo)志Fig.2 Mark of remote sensing interpretation for open pitmining of construction sand

(2)固體廢棄物

固體廢棄物可細(xì)分為：排土場、廢石堆、煤矸石堆和尾礦庫。

在遙感影像上，排土場主要指剝離覆蓋在礦體上部及周圍覆土，并運(yùn)至一定地點(diǎn)集中堆放場所，多見于露天礦山，可用于后期恢復(fù)治理回填覆蓋，在影像上呈向內(nèi)凹入的近梯形或規(guī)則近圓形圖斑，多呈土黃色(圖3)；廢石堆主要指礦山采礦排棄物(圍巖或廢棄礦石)集中堆放的場所，在影像上多呈亮白色，近圓形圖斑，堆包痕跡明顯(圖4)；煤矸石堆呈淺灰色，亮度高，斑塊狀痕跡明顯(圖5)；排土場、煤矸石堆和廢石堆通常位于開采硐口(采面)附近或存在軌道(道路)與之相連；尾礦庫通常筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成，在影像上可見多呈階梯逐級排列的尾礦壩，形狀似水庫，紋理光滑，呈鏡面反射效果，顏色鮮亮有過渡色，一般只有大規(guī)模開采的金屬類礦山有尾礦庫，多位于洗礦場附近或通過管道(道路)與洗礦場連接(龔梅 等，2014)(圖6)。

圖3 建筑用砂排土場遙感解譯標(biāo)志Fig.3 Mark of remote sensing interpretation for dumpreclamation of construction sand

圖4 金礦廢石堆遙感解譯標(biāo)志Fig.4 Remote sensing interpretation mark ofwaste rock heap in gold mine

圖5 煤矸石遙感解譯標(biāo)志Fig.5 Remote sensing interpretation mark of coal gangue

圖6 銅礦尾礦庫遙感解譯標(biāo)志Fig.6 Remote sensing interpretation mark of copper tailings reservoir

(3)中轉(zhuǎn)場地

中轉(zhuǎn)場地細(xì)分為：堆煤場、其它礦石堆、洗煤場、選礦場。

在遙感影像上，堆煤場形狀較規(guī)則，紋理較厚實(shí)，一般呈黑灰色，且與道路相通，以方便運(yùn)輸(圖7)；洗煤場常呈現(xiàn)工礦企業(yè)的影像特征，建筑結(jié)構(gòu)簡單，與煤礦山相比，洗煤場的運(yùn)輸管道較多，且附近常配有蓄水池(圖8)；其它礦石堆一般針對非能源礦礦山而言，紋理較規(guī)則，成圓堆狀，亮度較高(圖9)；選礦場一般針對大中型礦山而言，有露天設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備，通常在礦山建筑物及中轉(zhuǎn)場地周圍(李思發(fā) 等，2014)(圖10)。

圖7 堆煤場遙感解譯標(biāo)志Fig.7 Remote sensing interpretation mark of coal yard

圖8 洗煤場遙感解譯標(biāo)志Fig.8 Remote sensing interpretation mark of coal washing yard

圖9 建筑用砂礦石堆遙感解譯標(biāo)志Fig.9 Remote sensing interpretation mark ofbuilding placer rock heap

圖10 金礦選礦場遙感解譯標(biāo)志Fig.10 Remote sensing interpretation mark of gold ore dressing field

(4)礦山建筑

礦山建筑輪廓清晰，形狀規(guī)則，多呈長方形、方形和7字形，分布較為集中，多呈淺藍(lán)色調(diào)，建筑物頂面通常較亮(馬國胤 等，2017)(圖11)。一般說來，礦山建筑物的數(shù)量多少可以反映出礦山規(guī)模的大小。小型礦山建筑分布稀疏，規(guī)模較小；大型礦山建筑分布集中，規(guī)模較大，要注意與洗煤廠和選礦場的區(qū)分，洗煤廠和選礦場的建筑之間多存在于管網(wǎng)連接。

圖11 礦山建筑遙感解譯標(biāo)志Fig.11 Remote sensing interpretation signs of mine buildings

(5)塌陷坑

塌陷坑通常是由礦層采空后頂部覆蓋巖體塌陷墜落而形成。在遙感影像上，塌陷坑一般呈現(xiàn)深色或者深色間夾淺色的色調(diào)，遙感影像解譯特征是指紋狀或條帶兼有斑點(diǎn)狀、外形類似圓形或者橢圓形的洼地(吳壽江 等，2020)(圖12)。

圖12 塌陷坑遙感解譯標(biāo)志Fig.12 Remote sensing interpretation mark of collapse pit

4.2 礦山恢復(fù)治理解譯標(biāo)志

恢復(fù)治理一般分為自然恢復(fù)和工程恢復(fù)2類，自然恢復(fù)主要指礦山關(guān)閉后，廢棄礦山的松散裸露面逐步趨于穩(wěn)定、植被自然恢復(fù)，在影像上紋理較雜亂(圖13)；工程恢復(fù)治理主要指通過工程對廢石(渣)、采坑(塌陷坑)等采取平整、回填、覆土等工程防治措施，工程恢復(fù)治理的圖斑在影像上多呈現(xiàn)青綠色或墨綠色，較周圍自然的植被相比，紋理較規(guī)則，人工種植痕跡顯著(楊金中 等，2019)(圖14)。

圖13 自然恢復(fù)遙感解譯標(biāo)志Fig.13 Remote sensing interpretation mark of natural restoration

圖14 工程恢復(fù)治理遙感解譯標(biāo)志Fig.14 Remote sensing interpretation mark for engineering restoration

4.3 礦山開發(fā)狀態(tài)解譯標(biāo)志

正在開采礦山的礦山植被破壞較為嚴(yán)重，礦山設(shè)備、礦山道路和建筑物完好，道路使用痕跡明顯，固體廢棄物堆積立體感強(qiáng)(圖15)；而關(guān)閉的礦山植被處于被恢復(fù)或已經(jīng)恢復(fù)狀態(tài)，固體廢棄物立體感差，色調(diào)較暗(李思發(fā) 等，2011)(圖16)。

圖15 開采礦山遙感解譯標(biāo)志Fig.15 Remote sensing interpretation mark of mining mine

圖16 關(guān)閉礦山遙感解譯標(biāo)志Fig.16 Remote sensing interpretation signs of closed mine

5 監(jiān)測結(jié)果與分析

本次遙感解譯工作主要以目視解譯為主，在ArcGIS 10.2平臺上，以影像圖為背景，疊加采礦權(quán)數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)圖，完成各礦山地物信息提取，并根據(jù)礦山道路、礦山植被、建筑物以及采礦痕跡(礦石堆、排土場等)等情況確定礦山開采狀態(tài)。

5.1 采礦占損土地現(xiàn)狀與分析

遙感調(diào)查表明，廣西壯族自治區(qū)涉礦占損土地6.48萬公頃，其中采場損毀土地3.17萬公頃、中轉(zhuǎn)場占地1.83萬公頃、固體廢棄物占地0.6萬公頃、礦山建筑占地0.18萬公頃和塌陷坑損毀土地面積0.7萬公頃，分別占涉礦占損土地總面積的48.92%、28.24%、9.26%、2.78%、10.8%。

在各市級行政區(qū)中，以百色市采礦用地最突出，占地1.01萬公頃，占采礦用地總面積15.62%；其次是河池市的0.62萬公頃，占采礦用地總面積9.5%；來賓市位居第三，采礦用地面積0.60萬公頃，占總面積9.32%。

5.2 礦山恢復(fù)治理現(xiàn)狀與分析

廣西壯族自治區(qū)恢復(fù)治理礦山總面積1.37萬公頃，占全區(qū)涉礦用地的17.48%。礦山恢復(fù)治理圖斑在各州市級市均有發(fā)現(xiàn)，其中恢復(fù)治理面積最大的為百色市，為0.31萬公頃，其次是河池市，恢復(fù)治理面積為0.14萬公頃。

按礦山用地的恢復(fù)治理礦地類型分析，以治理礦山采場面積最大，為0.90萬公頃，占治理總面積65.93%；中轉(zhuǎn)場地恢復(fù)治理0.22萬公頃，占總面積16.11%；固體廢棄物恢復(fù)治理0.21萬公頃，占總面積15.06%；礦山建筑恢復(fù)治理11.23公頃，占總面積0.08%；塌陷坑恢復(fù)治理289.27公頃，占總面積2.11%。

按礦山恢復(fù)治理后土地類型分析，耕地復(fù)墾0.26萬公頃，占恢復(fù)治理總面積18.81%；園地恢復(fù)治理100.81公頃，占總面積0.74%；林地復(fù)綠0.33萬公頃，占總面積23.79%；草地復(fù)綠0.62萬公頃，占總面積44.94%；工礦倉儲用地恢復(fù)644.15公頃，占總面積4.70%；商服用地恢復(fù)226.78公頃，占總面1.65%；住宅用地恢復(fù)107.66公頃，占總面積0.79%；公共用地恢復(fù)治理105.03公頃，占總面積0.77%；交通運(yùn)輸用地恢復(fù)治理79.00公頃，占總面積0.58%；恢復(fù)水域421.94公頃，占總面積3.08%；其他土地恢復(fù)23.44公頃，占總面積0.17%。

6 結(jié)論

(1)基于多種高分辨率遙感影像的數(shù)據(jù)特征，針對礦山遙感監(jiān)測的地物目標(biāo)任務(wù)，建立了一套比較系統(tǒng)、完善的礦山遙感監(jiān)測解譯標(biāo)志，主要有礦山開發(fā)占地解譯標(biāo)志、礦山開發(fā)狀態(tài)解譯標(biāo)志以及礦山環(huán)境恢復(fù)治理解譯標(biāo)志，這些解譯標(biāo)志的運(yùn)用，可大大提高礦山遙感監(jiān)測的解譯精度和工作效率，對礦山遙感監(jiān)測工作具有重要的技術(shù)支撐。

(2)通過運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行廣西壯族自治區(qū)的礦山遙感監(jiān)測，獲取了該區(qū)礦山開發(fā)占損土地和礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況，為國家綠色發(fā)展指數(shù)統(tǒng)計(jì)、礦山地質(zhì)環(huán)境管理等工作提供了技術(shù)支撐。