广东省稀土矿违法开采遥感动态监测研究

朱俊凤，王耿明，李文胜

（广东省地质调查院，广东·广州 510080）

我国南方离子吸附型稀土矿富含中、重稀土，是高新技术领域所需的重要材料，具有易开采、配分齐、放射性低等特点而成为世界稀土产业中罕见和珍贵的自然矿产资源，被国家列为保护性开采的特定矿种和战略性资源[1,2]。广东省是我国南方离子吸附型稀土矿的重要产区，然而随着稀土矿产品的价格上涨，受利益驱使，近些年来广东省稀土矿非法开采、乱采滥挖现象经常出现，不仅严重扰乱了矿产资源开发秩序，还由于开采技术含量低、工艺落后、采富弃贫，造成植被破坏、水土流失、土壤污染、河道淤塞、生态环境恶化等一系列问题[3～9]。因此，加强稀土矿监管、保护生态环境越来越受到政府部门的重视。

遥感具有宏观、快速以及重复监测性等优点，被广泛应用于矿山开发调查与监测中[10～14]，也为稀土矿的违法开采动态监测提供了快速、有效的技术手段[15～17]。中国地质调查局从2010年开始在全国部署矿产卫片遥感解译，至今已开展5年，本文以广东省2010年到2014年矿产卫片成果为基础，论述了稀土矿违法开采的遥感调查方法和广东省2010～2014年稀土矿的违法开采特征与变化趋势，并对应用中存在的问题进行了总结与分析，以期为矿政管理部门整顿稀土矿开发秩序、保护和治理矿山地质环境提供技术支撑和决策依据[18]。

1 研究区概况与遥感数据源

1.1 研究区概况

广东省是我国稀土资源的重要产区之一，省内稀土矿以离子吸附型稀土矿最具特色，其含矿原岩分布广，成矿条件优越。广东离子吸附型稀土矿的矿源岩以各类侵入岩、火山岩和次火山岩为主，次为混合岩；侵入岩形成时代以燕山期最为重要，特别是燕山三期矿源岩最多、面积最大，次为燕山一期和燕山四期；岩性为二长花岗岩、黑云母花岗岩、二云母花岗岩、花岗闪长岩等[19]。

就地域而言，广东离子吸附型稀土矿分布广泛，北起接近湘赣的乐昌、始兴、和平、平远、蕉岭，南至电白、台山、宝安、惠东等沿海地区；西起信宜、廉江，东至大埔、丰顺等县。集中地分布于中部地带，以清远、揭阳、和平、鹤山、惠东、大埔、英德、平远、高明等地较为丰富[20]。

1.2 遥感数据源

广东省矿产卫片遥感解译以全国土地变更调查与监测遥感数据作为数据源，覆盖全省，每年一期数据，数据获取时间为每年的10月到12月，为正射校正数据，国土资源部统一下发，数据种类包括Pleiades 1（P1）、WorldView1（WV1）、WorldView2（WV2）、WorldView3（WV3）、GeoEye1（GE）、QuickBird（QB）、Ikonos（IK）、SPOT5、SPOT6、高分1（GF1）、资源3（ZY3）、天绘（TH1）、资源1号02C（02C）、RapidEye（RE）、遥感2（YG2）、遥感8（YG8）、遥感14（YG14）等。按空间分辨率的大小，将全省稀土矿区遥感数据源大致分为三类：

（1）高分辨率数据：空间分辨率优于1m的数据，包括P1、WV1、WV2、WV3、GE、QB、IK等。该类数据整体质量良好，纹理清晰、色彩均匀、反差适中，能够很好地识别露天开采稀土矿的沉淀池、晾晒坪、矿山建筑等。

（2）中等分辨率数据：空间分辨率为1.5～2.5m，包括SPOT5、SPOT6、GF1、ZY3、TH1、02C等。该类数据也能够较好地识别稀土矿的沉淀池、晾晒坪、矿山建筑等，但纹理信息相对高分辨率数据要差。

（3）低分辨率数据：空间分辨率为5m，包括RE、YG2、YG8、YG14。该类数据空间分辨率较低，纹理信息较差，对于小型稀土矿或位置较为隐蔽的矿区，识别较为困难，但对于剥土面积较大的稀土矿能识别沉淀池。

2 技术路线与技术方法

2.1 技术路线

采用遥感数据与其他多源数据相结合、目视解译法与人机交互解译相结合、野外实地调查与室内综合研究相结合的技术路线来开展稀土矿开采状况的遥感调查与监测（图1）。

图1 广东省稀土矿违法开采遥感调查技术路线Fig.1 Remote sensing investigation technical route of illegal exploitation of rare earth in Guangdong province

2.2 技术方法

本文所采用的主要技术方法有资料收集、遥感信息提取、野外调查验证、图件编制和综合研究。

2.2.1 资料收集

资料收集主要包括收集广东省土地变更调查遥感数据、广东省基础地理、地形图资料、地质矿产资料、矿产资源规划资料以及采矿权、探矿权资料等。

2.2.2 遥感信息提取

（1）建立遥感解译标志

在初步解译之前，为了解译标志的准确性，需要进行野外踏勘，了解稀土矿开采矿区开采方式、开采特点以及和遥感影像的关系。广东省稀土矿开采方式先后经历了三种，即池浸法、原地堆浸法和原地浸矿法[21]。池浸法为早期开采方式，破坏山体面积大，环境污染严重，现多弃用；原地堆浸法是在池浸法基础上发展起来的，不同的是在开采区附近原地堆浸，但没有本质上的不同；原地浸矿法不用大面积破坏山体，而是打孔注液，比较隐蔽，近一两年被违法开采者使用。不同开采方式有不同的开采特点，从而遥感影像特征和解译标志也有所不同。根据影像色彩、形状、大小、影纹、位置等建立不同开采方式、不同开采状态稀土矿解译标志（图2）。

图2 稀土矿典型影像和野外照片Fig.2 Rare earth typical images and fi eld photos

① 开采区：池浸法、原地堆浸法挖掘稀土矿区的区域，影像上凹凸不平，有明显开挖痕迹。正在利用开采区在影像上色调呈现灰白，较为新鲜；废弃开采区受风化剥蚀作用，影像上纹理比较杂乱，色调偏暗，沉淀池、晾晒坪无水或含水量少。

② 池浸场：池浸法用来沉淀稀土元素的场所，通常位于山腰处，形状为排列规则的长方形池子，边界较为清晰。正在使用的池子因为有水体存在在影像上呈现黑、灰黑色调，废弃池浸场呈灰白色调。

③ 堆浸池、晾晒坪：原地堆浸法用来沉淀稀土元素的场地，位于开采区旁边，形状通常为田字形方格。正在使用的堆浸池因为水体的存在在影像上呈现黑、灰黑色调，废弃堆浸池呈灰白色调。

④ 尾砂区：由洗矿后的尾砂堆砌而成，靠近池浸场、堆浸池，受雨水冲刷有明显的冲沟，正在开采矿区尾砂区在影像上呈灰白色调，废弃尾砂区色调偏暗。

⑤ 注液区：原地浸矿注射药液的区域，位于山顶或山坡，布满注液井，通常植被未被破坏，直接解译较为困难，可通过高位池、沉淀池等进行间接解译。

⑥ 高位池：原地浸矿用于储存药液的池子，位于注液区顶部，圆形或方形，依据使用状态呈黑、灰黑色、灰白色调。

⑦ 沉淀池：三种开采方式都存在，呈圆形或长方形，正在使用的沉淀池呈黑、灰黑色调，废弃沉淀池一般呈灰白色调。

池浸场、堆浸池、沉淀池在遥感影像上形态特征明显，是稀土矿的典型解译标志，它们存在的矿区一般就能判断为稀土矿。

（2）信息提取

在建立的解译标志基础上，结合广东省稀土矿资源分布、开发利用现状等资料，在与探矿权、采矿权等数据综合对比分析的基础上，采用人机交互解译方法提取稀土矿开采状态、违法开采类型等。

另外，多期影像对比分析有助于判断矿山开采状况。图3为新丰县某地区稀土矿多期影像对比遥感调查图，2011年、2012年遥感影像为天绘1，2013年遥感影像为资源3号。从影像对比分析可以看出，2012年相比2011年，图斑明显扩大，左边的小图斑和右边的大图斑已连在一起，且右边的图斑向外扩大，表明2012年该图斑还在开采。对比2013年和2012年，图斑范围没有扩大，但内部影像纹理有变化，不再有典型格子状，而是较为杂乱，判断为水土流失造成。2013年野外调查时该图斑已处于停采、废弃状态，且该区域没有进行复绿。

图3 某稀土矿区多期影像对比Fig.3 Multi satellite images of one rare earth deposit

根据广东省采矿权、探矿权资料，广东省2011～2014年度稀有稀土类采矿权、探矿权如表1。从表可以看到，2011年后，稀有稀土类采矿权、探矿权急剧缩减，稀土矿作为重要的战略资源得到进一步保护。

表1 广东省稀有稀土类采矿权与探矿权统计Table 1 Statistics of Guangdong province rare earth mining right and mineral exploration right

2.2.3 野外调查验证

室内初步解译以后，根据疑似违法图斑分布情况，做好野外路线规划，对疑似违法开采图斑进行逐个野外调查验证，达到检验、修改、补充遥感初步解译结果的目的，并对每一个疑似违法图斑做好文字记录和拍照记录，进一步完善解译标志。

2.2.4 图件编制与综合研究

野外验证后，在ArcGIS 10平台上，以县为行政单位，编制疑似违法图斑统计图，并编制全省、市、县疑似违法图斑个数、类型统计表，对违法图斑分布规律、变化趋势和存在问题等进行综合分析与研究，提出相应对策及建议。

2.2.5 成果提交

按项目要求，进行成果提交，包括统计表、成果图件、文字报告等。

3 遥感监测结果与分析

3.1 遥感监测结果

根据年度矿产卫片解译结果，2010年到2014年，广东省稀土矿疑似违法图斑统计如图4，全部为疑似无证开采图斑。2010年度有47个图斑，2011年度图斑数最多，有73个，2012年度有25个图斑，2013年度有2个图斑，2014年度有15个图斑。

图4 广东省稀土矿疑似违法图斑统计Fig.4 Statistics of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.2 分布特点

2010～2014年广东省稀土矿疑似违法图斑分布如图5。

2010年主要分布在粤东的梅州、粤中的英德市、新丰县；2011年主要分布在粤中的英德市、新丰县和河源市；2012年分布范围进一步扩大，主要分布在粤西的肇庆和粤中的佛冈县；2013年图斑只有2处，分布在惠州市；2014年相比2013年，图斑分布范围扩大，主要分布在粤西的肇庆市、江门市和粤东的河源市。

图5 广东省稀土矿疑似违法图斑分布Fig.5 Distribution of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.3 变化趋势

结合每年的图斑数量、分布区域、开采特点，对广东省稀土矿开采进行综合分析、研究，有如下特点：

（1）总体呈加剧、减弱、反弹的趋势

从图4可以看到，2011年违法图斑数量急剧增多，相比2010年，图斑个数增加55.3%，且分布集中，主要分布于英德市和新丰县，这两个地方的图斑个数占2011年图斑总数的63.0%。2012年，广东省开展“三打两建”行动，对稀土矿违法开采进行了有力打击，这一年稀土矿的违法开采大大减弱，图斑减少幅度达到65.8%。2013年度，稀土矿违法开采继续减弱，所有旧采矿点都处于废弃状态，只有两处新增图斑，且规模较小。而到2014年度，稀土矿的违法开采有所反弹，发现15处新增图斑，且有的图斑规模较大。因此，广东省稀土矿的违法开采总体呈现加剧、减弱，后又反弹的趋势。

（2）持续违法图斑少、分布范围广

从持续违法来看，只有2011年度相对2010年度有10个持续违法图斑，2012年度、2013年度、2014年度都为新增图斑，这一方面表明2010—2011年度稀土违法开采的猖獗，另一方面也反映出稀土开采的特点，即周期短、速度快，往往几个月就开采完毕，无需第二年度再继续开采。

从多年违法开采的分布范围来看，有逐年加大的趋势，几乎遍及整个广东省，南到阳江市、北到韶关市、西到肇庆市、东到潮州市，中部珠三角地区的江门市、深圳市都有分布，一方面表明广东省稀土矿分布广泛，另一方面也增加了稀土矿监测的难度。

（3）开采工艺改变、隐蔽性强、监测难度加大

从开采方式来看，2010～2013年度，稀土矿开采方式主要为池浸法、原地堆浸法，原地浸矿法较少，而从2014年的调查结果看，原地浸矿法已成为广东省稀土矿的主要开采方式。这种开采方式通过打孔注液，然后回收稀土矿液的方式进行开采，不破坏植被或山体，沉淀池又多位于山谷处，位置隐蔽，遥感影像上表现不明显，且地点多处于偏远山区，交通不便，野外验证难度大，遥感监测的整体难度也相应加大。

4 存在问题与对策建议

4.1 存在问题

（1）稀土矿的开采具有周期短、速度快的特点，一年一期的遥感监测难以满足需求，往往年底野外调查时，已开采完毕，同时随着矿产卫片执法的开展，违法开采人员越来越了解矿产卫片执法的方式、时间等，往往采取各种方式逃避卫片执法的打击，如覆盖保护膜、在年底野外调查时撤出人员、机械，而过了这段时间又重新开工。这些都导致违法主体不明，卫片执法难度加大。

（2）稀土矿开采越来越向偏远山区转移，山高林密，交通不便，且开采方式采用原地浸矿法，隐蔽性更强，给遥感监测带来极大难度。

4.2 对策建议

（1）针对稀土矿开采周期短、速度快的特点，建议开展动态监测，哪个区域收集到数据，哪个区域就优先开展遥感监测，不必等到全省数据都收集完毕再开展，争取每年能有3～4次的监测。随着国产卫星数据越来越多，如资源一号02C、高分系列、资源3号、天绘系列、遥感系列卫星等，遥感数据获取的能力越来越大，这一需求完全能够满足，也能极大地促进国产卫星的应用。

（2）针对稀土矿开采地点偏僻、隐蔽性强的问题，建议在稀土矿集中分布区开展低空无人机遥感监测。低空无人机遥感技术具有机动灵活性、快速反应能力和低运行成本等优势，正逐步成为航空和航天遥感系统的有益补充，特别是在小范围、多云多雨地区、已有光学遥感数据精度不高地区的遥感应用中能发挥相当重要的作用[22]。

5 结论

本文以广东省多年矿产卫片成果为基础，论述了稀土矿违法开采遥感调查的技术路线和技术方法，并总结了广东省2010年到2014年度稀土矿违法开采特征、变化趋势以及存在问题和建议，得出如下结论：

（1）遥感调查方法已成为稀土矿监测的最主要和有效方式，采用遥感调查方法能够快速、准确获取大面积的稀土矿开采状况，为矿政管理部门整顿稀土矿开发秩序提供第一手资料，有力打击稀土矿违法开采现象。

（2）广东省稀土矿违法开采总体呈加剧、减弱、再反弹的趋势，疑似违法开采图斑点多、分布广，但持续违法少，近两年开采方式和地点更为隐蔽，遥感监测难度加大。

（3）稀土矿开采具有周期短、速度快的特点，如能采用国产卫星缩短监测周期，将进一步发挥遥感在稀土矿违法开采监测中的作用，也能极大促进国产卫星的发展和应用。

（4）低空无人机遥感能对地点偏僻、开采方式隐蔽、已有航天遥感数据精度不高地区的稀土矿违法开采监测发挥重要作用。

References)

[1]孙亚平.赣州市龙南地区稀土矿矿山环境遥感研究[D].北京:中国地质大学(北京)硕士学位论文,2006.Sun Y P.A remote sensing study on the environment of thulium mine in Longnan, Ganzhou[D].Master's thesis, Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2006.

[2]程建忠,车丽萍.中国稀土资源开采现状及发展趋势[J].稀土,2010,(2):65-69,85.Cheng J Z, Che L P.Current mining situation and potential development of rare earth in China[J].Chinese Rare Earths, 2010,(2):65-69,85.

[3]高志强,周启星.稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响[J].生态学杂志,2011,(12):2915-2922.Gao Z Q, Zhou Q X.Contamination from rare earth ore strip mining and its impacts on resources and eco-environment[J].Chinese Journal of Ecology, 2011,(12):2915-2922.

[4]白丽娜,隋文力,林忠.白云鄂博矿在稀土和钢铁生产中放射性对周围环境的影响[J].稀土,2004,(4):75-77.Bai L N, Sui W L, Lin Z.The influence of radioactivity on the surrounding environment in Baiyunebo mine in rare earth and iron production[J].Chinese Rare Earths, 2004,(4):75-77.

[5]Mats Åström.Abundance and fractionation patterns of rare earth elements in streams affected by acid sulphate soils[J].Chemical Geology, 2001,175(3/4):249-258.

[6]Guo G L, Zhou Q X.Evaluation of heavy mental contamination in phaeozem of northeast china[J].Environmental Geochemistry and Health, 2006,28(4):331-340.

[7]岳军伟,杨桦,王丽艳,等.南方稀土矿山植被恢复研究进展[J].江西林业科技,2013,(5):38-41.Yue J W, Yang H, Wang L Y, et al.Advance in vegetation restoration of rare-earth mineral of the southern China[J].Jiangxi Forestry Science, 2013,(5):38-41.

[8]王平,刘少峰.岭南稀土矿区土壤侵蚀状况分析[J].中国水土保持,2008,(1):44-46,56,60.Wang P, Liu S F.Status of soil erosion of south China rareearth mining area[J].Soil and Water Conservation in China,2008,(1):44-46,56,60.

[9]康纪田,刘卫常.矿业用地用途管制的路径取向[J].上海国土资源,2015,36(3):12-16.Kang J T, Liu W C.Options for control on the use of mining land[J].Shanghai Land & Resources, 2015,36(3):12-16.

[10]王晓红,聂洪峰,杨清华,等.高分辨率卫星数据在矿山开发状况及环境监测中的应用效果比较[J].国土资源遥感,2004,(1):15-18,80,81.Wang X H, Nie H F, Yang Q H, et al.The different monitoring effects of quickbird and spot-5 data in mine exploitation[J].Remote Sensing for Land & Resources, 2004,(1):15-18,80,81.

[11]曹洪松,宋宝国,陈玉成,等.遥感与GIS技术在苍山矿山开采动态监测中的应用研究[J].山东国土资源,2007,(S1):43-47.Cao H S, Song B G, Chen Y C, et al.Study on application of remote sensing and GIS technologies in dynamic monitoring in Cangshan mine exploration[J].Shandong Land and Resources,2007,(S1):43-47.

[12]王耿明,朱俊凤,王忠忠,等.广东省矿山越界开采遥感调查与监测研究[J].物探化探计算技术,2014,(4):508-512.Wang G M, Zhu J F, Wang Z Z, et al.The remote sensing survey and surveillance research of mine exploitation which surpass confines in Guangdong province[J].Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2014,(4):508-512.

[13]王振坤,马施民,程艳娜,等.RS和GIS在矿山监测中的应用[J].遥感技术与应用,2010,(2):263-267.Wang Z K, Ma S M, Cheng Y N, et al.The application of RS and GIS in mine monitoring[J].Remote Sensing Technology and Application, 2010,(2):263-267.

[14]王旭辉.遥感技术及在城市国土规划中的应用[J].上海国土资源,2014,35(1):88-91.Wang X H.Remote sensing technologies and their application to urban planning[J].Shanghai Land & Resources, 2014,35(1):88-91.

[15]张航,仲波,洪友堂,等.近20多年来赣州地区稀土矿区遥感动态监测[J].遥感技术与应用,2015,30(2):376-382.Zhang H, Zhong B, Hong Y T, et al.Dynamic monitoring of rare earths mining area in Ganzhou during recent 20 years based on remote sensing[J].Remote Sensing Technology and Application,2015,30(2):376-382.

[16]黄铁兰,黄华谷,朱俊凤.资源一号02C数据在稀土开采遥感监测中的应用与评价[J].广东工业大学学报,2015,(2):32-37,85.Huang T L, Huang H G, Zhu J F.Application and evaluation of remote sensing monitoring on rare earth mining with ZY1-02C data[J].Journal of Guangdong University of Technology,2015,(2):32-37,85.

[17]代晶晶,王瑞江,王登红,等.基于IKONOS数据的赣南离子吸附型稀土矿非法开采监测研究[J].地球学报,2014,(4):503-509.Dai J J, Wang R J, Wang D H, et al.The investigation of unauthorized mining of ion-absorbed rare earth ore deposits in south Jiangxi province based on IKONOS data[J].Acta Geoscientica Sinica, 2014,(4):503-509.

[18]杨金中,秦绪文.矿山遥感监测工作指南[M].北京:中国大地出版社,2009.Yang J Z, Qin X W.Guide for mine remote sensing monitoring[M].Beijing: China Land Press, 2009.

[19]杨大欢,肖光铭.广东省离子吸附型稀土矿区域成矿规律研究[J].地质与资源,2011,(6):462-468.Yang D H, Xiao G M.Regional metallogenic regularities of the ion adsorption type of rare-earth deposits in Guangdong province[J].Geology and Resources, 2011,(6):462-468.

[20]黄华谷,黄铁兰,周兆帅,等.广东三个离子吸附型稀土矿的地球化学特征及开采现状[J].岩矿测试,2014,(5):737-746.Huang H G, Huang T L, Zhou Z S, et al.Mining situation and geochemistry characteristics of three ion adsorption rare-earth deposit in Guangdong province[J].Rock and Mineral Analysis,2014,(5):737-746.

[21]王瑜玲.江西定南北部地区稀土矿矿山开发状况与环境效应遥感研究[D].北京:中国地质大学(北京)硕士学位论文,2007.Wang Y L.Study on the exploitive status of the rare earth mineral and its environment problems using remote sensing about north of Dingnan, Jiangxi province[D].Master's thesis, Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2007.

[22]李迁.低空无人机遥感在矿山监测中的应用研究[D].北京:中国地质大学(北京)硕士学位论文,2013.Li Qian.Application of Low-Altitude UAV Remote Sensing in Mine Monitoring [D].Master's thesis, Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2013.