基于国产卫星的广东省矿山地质环境恢复治理遥感监测*

王耿明，朱俊凤，朱 鑫，李小非

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

基于国产卫星的广东省矿山地质环境恢复治理遥感监测*

王耿明，朱俊凤，朱 鑫，李小非

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

利用遥感监测技术对2015年广东省矿山地质环境恢复治理状况进行监测，获取广东省最新矿山地质环境恢复治理的基础数据。通过研究矿山地质环境恢复治理的总体情况，分矿种、分市县统计矿山地质环境恢复治理情况，总结了广东省矿山地质环境恢复治理总体特征，研究矿山地质环境恢复治理分布规律，并提出主要存在问题和有益的建议，为矿区生态环境整治规划提供依据。

广东省；矿山地质环境；恢复治理；遥感监测

0 引言

矿山开采对地质环境造成严重损害，矿山地质环境治理、恢复是矿山可持续发展的关键。当前矿山地质环境恢复评价普遍采用地面人工巡查，在时间和效益上很难满足管理部门生态恢复治理需求，迫切需要利用卫星遥感技术对矿山环境恢复、治理工程的分布情况、恢复进展及治理效果进行动态监测和科学评价。

近年来国内遥感技术发展非常迅猛，国家及部委大力提倡应用国产高分辨率卫星数据，为矿山地质环境恢复治理工程的监测与评价提供了更快速、更经济、更有效的技术手段，在实际生产实践中取得了显著效果，为各地政府矿区环境整治、矿山企业工程治理提供最新现势数据与管理决策依据[1]。

本文以广东省为例，开展省级矿山地质环境恢复治理遥感监测示范性研究，获取基于2015年度国产卫星数据的广东省矿山地质环境恢复治理总体、分项监测成果，通过遥感监测综合研究与分析指出了存在的问题并提出了相应的建议，为矿政管理部门系统整治矿区生态环境提供遥感技术支撑和应用示范[2]。

1 研究区概况与遥感数据来源

1.1 研究区概况

广东省是华南矿产资源重要聚集区之一，有色金属、稀有稀土金属、放射性矿产及建材、化工原料等矿产资源优势明显。优势矿产主要有高岭土、水泥用灰岩、稀土、银、硫铁矿、油页岩、建筑用石材等，大型、超大型矿床主要有仁化凡口铅锌矿、曲江大宝山多金属矿、连平锯板坑钨锡多金属矿、云浮大降坪硫铁矿、茂名优质高岭土矿、高要河台金矿、长坑金矿、高明富湾银矿等[3]。

全省规划生态环境重点保护区143个、重点治理区11处、一般治理区11片，规划到2015年需要进行矿山地质环境保护与恢复治理的矿山约1 300个，其中需要治理的主要矿山76个，需要开展土地复垦的主要矿山85个，面积约52 km2。历史遗留矿山和生产矿山中需要治理的主要矿山104个，需要开展土地复垦的主要矿山111个，面积约34.29 km2。

1.2 国产卫星数据来源

自2015年开始，高分一号、高分二号、资源一号02C、资源三号、遥感五号、遥感十四号、遥感二十四号、遥感二十六号、实践九号等近几年新运行的国产卫星拍摄的影像数据首次全面应用于土地矿产资源监测等领域，表明2015年开始国产卫星数据已经逐渐替代国外同类型卫星数据。此项目遥感数据全部采用2015年度第四季度国产化高分辨率卫星影像，覆盖范围为广东省全域。该批卫星数据空间分辨率约为0.5-2.5 m，影像拍摄时相为9月-12月，基本为第四季度影像[2]。

2 技术方法

技术路线主要采取人工目视解译方法，通过室内遥感解译与野外实地验证相结合，通过建立准确的遥感解译标志进行全省矿山地质环境恢复状况和治理工程信息提取，在统计分析基础上开展监测成果综合研究与综合评价[4]。技术路线如图1所示。

为了保证人体骨骼以及相关骨块的高度真实感，在3D模型结构仿真的同时，还要对模型的材质进行渲染。材质是指物体的材料、质感，即物体本身的材料属性与纹理。在Unity3D中采用标准Shader功能布局，首先设置Shader标准着色器，其次需要根据这个材质球(Materials)要渲染的骨骼的特性(不透明物体，透明物体)设置不同的渲染模式。最后利用Shader主要贴图设置这个区域的贴图和设置项控制模型最终的渲染效果，而Shader的次要贴图，用于给模型增加细节。设置完主贴图，再设置次要贴图能增加人体骨骼及骨块的精致度。建模过程如图3。

图1 矿山地质环境恢复治理遥感监测技术路线图Fig.1 The remote sensing monitroing technique route of mine geological environment restoration

具体技术流程如下：

1)获取2015年度第四季度国产卫星遥感数据，收集前期基础资料，主要包括广东省范围内地质矿产、矿山复绿工程、矿山恢复治理等3方面的辅助资料。在ArcGIS软件平台下，通过适当的野外实地踏勘建立准确可信的矿山恢复、治理各种地物遥感解译标志。

2)开展矿山地质环境恢复状况、治理工程信息提取，主要提取2015年矿山地质环境恢复治理区的新增面积及土地类型等信息情况，通过对比统计恢复治理前的矿山地物类型或土地类型及面积、恢复后的土地类型及面积。

3)对有疑问的室内解译成果逐图斑开展野外实地调查与验证，详细记录每一个图斑的野外照片与野外调查记录表，反复完善室内解译成果，最终形成基本准确的详细遥感解译成果。

4)编制矿山地质环境恢复治理状况遥感监测图，主要要素为矿山复绿工程、矿山复垦绿化工程、地质灾害治理工程等，以点状为成果表达方式，矿山复绿工程分为已经复绿和正在复绿两类点，矿山复垦绿化工程根据复垦效果圈定复垦绿化范围(以面状表达)，地质灾害治理工程分为已治理和未治理两类点。

5)通过监测成果汇总开展按类型统计分析工作，同时开展监测成果综合研究、综合评价，编制成果表格、图件和编写成果报告[5-6]。

3 监测结果分析

分为总体情况、分市县情况和分矿种情况3种情况进行分析。

2015年第四季度遥感监测成果表明：广东省正在利用矿山面积15 782.85 hm2，占全部矿山用地的50%；废弃矿山面积13 330.63 hm2，占全部矿山用地面积的43%；矿山地质环境恢复治理面积2 148.86 hm2，仅占全部矿山用地面积的7%。调查结果表明，2015年矿山恢复治理面积是所有废弃矿山面积的16%，废弃矿山的生态恢复严重滞后，正在利用矿山的地质环境治理工程数量偏低，不符合矿产资源规划进度安排(见图2)。

图2 2015年广东省矿山地质环境恢复治理情况统计饼状图Fig.2 The statistical pie chart of mine geological environment restoration in Guangdong in 2015

2015年广东省矿山地质环境恢复治理成果按矿山开采状态统计，正在开采矿山恢复治理面积519.79 hm2，占全部面积的24%，关停或废弃矿山恢复治理面积1 629.07 hm2，占全部面积的76%，矿山恢复治理面积主要为关停或废弃矿山(见图3)。此外，矿山恢复治理后土地利用类型主要有林地、园地、空闲地和商服用地，以林地为主大约占92%。2015年广东省矿山地质环境全省总体恢复治理百分比为6.87%，矿山地质环境恢复治理百分比按地级市统计，东莞市百分比最高为51.1%，其次为清远市百分比为19.91%，中山市百分比为16.36%，广州市百分比为15.78%，矿山恢复治理百分比最小的为湛江市、茂名市和惠州市(见图4)。

图3 2015年广东省矿山地质环境恢复治理按开采状态统计饼状图Fig.3 The statistical pie chart of mine environment restoration in Guangdong in 2015 according to mining state

图4 2015年广东省矿山地质环境恢复治理治理百分比统计柱状图Fig.4 The percentage statistical histogram of mine geological environment restoration in Guangdong in 2015

3.2 分市县情况

2015年第四季度广东省矿山地质环境恢复治理成果按地级市统计，分布在除汕尾市外的20个地级市，其中清远市矿山恢复治理面积最大，为740.21 hm2，占总矿山恢复治理面积的34%，其次为肇庆市矿山恢复治理面积293.02 hm2，占总面积的14%，梅州市矿山恢复治理面积190.93 hm2，占总面积的9%，矿山恢复治理面积最小的为茂名市和深圳市(见图5)。2015年广东省矿山地质环境恢复治理成果按区县统计，分布在74个区县，其中清远市英德市矿山恢复治理面积最大，为390.78 hm2，其次是怀集县、佛冈县、清城区、东莞市、阳春市和梅县区矿山恢复治理分布较多。

图5 2015年广东省矿山地质环境恢复治理按地级市统计柱状图Fig.5 The statistical histogram of mine geological environment restoration in Guangdong in 2015 according to prefecture-level city

3.3 分矿种情况

2015年第四季度广东省矿山地质环境恢复治理涉及开采矿种总计38种，其中能源矿为煤矿，金属矿为轻稀土矿、铁矿、铜矿、铅锌矿、钨矿等，非金属矿为陶瓷土、建筑用花岗岩、硫铁矿、水泥用灰岩、高岭土等。在所有矿种中稀土矿恢复治理面积最大，为672.54 hm2，占到全部恢复治理面积的31%，主要分布于清远市英德市、佛冈县，韶关市新丰县，河源市和平县，梅州市平远县等。其次铁矿恢复治理面积较大，恢复面积为346.45 hm2，占全部面积的16.9%，主要分布于肇庆市怀集县、清远市阳山县和连南瑶族自治县。建筑用花岗岩恢复治理面积为338.17 hm2，分布范围较为广泛，主要分布在珠三角地区废弃采石场。陶瓷土恢复治理面积为324.65 hm2，主要分布于肇庆市高要市、德庆县和广州市从化区等。硫铁矿恢复治理面积为79.78 hm2，主要分布云浮硫铁矿国有矿山。铜矿恢复治理面积为68.98 hm2，主要分布在粤北正在生产铜矿矿山。煤矿恢复治理面积为58.48 hm2，主要分布在粤北、粤东废弃煤矿矿山[7]，如图6所示。

图6 2015年广东省矿山地质环境恢复治理按矿种统计柱状图Fig.6 The statistical histogram of mine geological environment restoration in Guangdong in 2015 according to mine species

4 遥感监测综合研究

开展广东省矿山地质环境恢复治理遥感监测综合研究，得出以下5点成果：

1)矿山地质环境恢复治理面积较小，恢复治理程度不足，恢复治理包括生物措施和工程措施两类。2015年广东省矿山地质环境恢复治理面积只占全部矿山用地面积的7%，占废弃矿山面积的16%，治理面积、治理程度尚存不足，严重滞后于矿产资源规划进度。矿山地质环境恢复治理工程图斑的圈定，除了包括人工复绿等生物措施，还包括废石渣清理、采坑回填、护坡、挡土墙、覆土等工程措施。

2)矿山地质环境恢复治理区域集中分布在清远市、肇庆市、梅州市等矿产资源丰富地区，2015年度新增恢复治理面积较大。2015年广东省矿山地质环境恢复治理区域主要分布于清远市、肇庆市、梅州市、云浮市、韶关市、惠州市、河源市，清远市、肇庆市、梅州市、韶关市、惠州市、河源市，都是矿产资源丰富地区，而云浮市云浮硫铁矿一直以来注重矿山环境恢复治理，矿山复绿面积较大。2015年度新增矿山环境恢复治理面积较大，比上一年度新增19%，新增面积区域主要分布于清远市、肇庆市、梅州市等，新增恢复治理的矿种主要为铁矿、陶瓷土、轻稀土矿和建筑用花岗岩等。

3)按矿种分类矿山地质环境恢复治理面积最大的矿种为轻稀土矿，主要为清远市、韶关市、梅州市等废弃稀土矿。2015年广东省矿山地质环境恢复治理面积最大的矿种是废弃稀土矿。一方面反映了广东省曾经稀土矿盗采比较猖獗，稀土矿对土地特别是林地的破坏非常严重。另一方面也反映了地方政府对稀土矿破坏土地的治理力度非常大，但还有很多地区废弃稀土矿完全没有治理，或者恢复治理效果欠佳，表现为植被长势较差、死亡率较高，尤其是水土流失严重区复绿植被存活率较低、植被长势非常差，因此要加强恢复治理效果的跟踪，选取合适治理植被树种，及时对稀土矿治理区查缺补漏。

4)按矿种分类铁矿、建筑用花岗岩、陶瓷土矿山地质环境恢复治理面积也较大。2015年广东省黑色金属，特别是铁矿开采较多，占地面积较大，铁矿的恢复治理面积也较大，占到整个矿山恢复治理面积的16.9%。全省开采众多的石场、土场主要为建筑用花岗岩和陶瓷土，建筑用花岗岩恢复治理面积为338.17 hm2，陶瓷土为324.65 hm2，该类矿山多为正在生产，恢复治理比例较小，多数采场为未复绿。

5)矿山地质环境恢复治理面积较大的矿山主要为停采或废弃矿山，正在开采矿山所占比例还较小，恢复治理应该采取更科学有效的方法。2015年广东省地质环境恢复治理关停或废弃矿山所占比例76%，而正在开采矿山恢复治理只占24%，需加强正在开采矿山的恢复治理，做到“边开采、边复绿”。土地复垦与生态复绿采用台阶式复绿方法，即对废弃采场进行削坡减载、边坡整治，将采场开挖成台阶式，然后在平台上通过覆土等方式种植成行的植被，达到复绿和防治地质灾害的效果，覆土来源于前期采场剥离产生的废土[7]。

5 存在问题与建议

针对以上遥感监测成果笔者指出了其中存在的问题并提出几点建议。

5.1 存在问题

存在问题包括3点：

1)2015年广东省矿山地质环境恢复治理情况尚未彻底摸清，由于遥感数据分辨率较低或者为全色影像造成图斑遗漏，因此需要加强野外验证排查解译误判。另外，由于遥感数据分辨率不均，数据源由6种类型组成，造成人工目视解译存在不可避免的误差，因此还需要加强多期对比进行精细解译。

2)2015年广东省矿山地质环境环境恢复治理数据不够全面，前期资料收集不够充分，遥感解译的矿山多数为废弃稀土矿山、废弃金属矿山、废弃砂石粘土矿山，对正在生产的大中型金属矿山的恢复治理监测精度不足，需要加强对矿山治理工程的遥感监测，重点利用亚米级高分辨率数据解译线状工程、网状工程[8]。

3)2015年广东省大量废弃矿山未采取治理措施，水土流失严重，矿山恢复治理程度远远不够。矿山复绿绝大部分为自然复绿，自然复绿面积未全覆盖矿区，开采面复绿效果最差，自然复绿效果需要时间验证。“三区两线”附近废弃矿山影响自然景观、人民生活，需要重点加强道路、居民地两侧800 m以内废弃矿山生态恢复治理。

5.2 建议

针对上述存在的问题笔者提出了如下几点建议：

1)广东省矿山地质环境恢复治理程度远远不够，因而要加大财政资金投入，健全矿山环境恢复治理管理机制。要重视正在开采矿山的恢复治理，做到“在保护中开发，在开发中保护”，建立健全矿山开采保证金制度，保障矿山治理资金投入。对废弃矿山坚持“谁恢复治理谁受益”，鼓励民间资本进入矿山恢复治理领域，加大复垦土地开发再利用。

2)建议按照国土资源部、工业和信息化部、财政部、环境保护部、国家能源局“关于加强矿山地质环境恢复和综合治理的指导意见”的要求，充分利用卫星遥感等先进技术，开展矿山地质环境详细调查，系统查明在建矿山、生产矿山、废弃矿山、政策性关闭矿山地质环境问题的类型、分布、规模和危害程度。

3)遥感技术作为高效服务于矿政管理、矿山环境监测的一门现代高新技术，应该在矿山地质环境恢复治理全天候监测中发挥更大作用。遥感动态监测为矿区环境整治提供规划部署依据，建议广东省利用卫星遥感全天候监测，重点区配合无人机实时监测，全面开展矿山地质环境详细调查[9]。

6 结论

通过全文分析，笔者得出如下结论：

1)目前矿山地质环境是社会关注的热点问题，国家十分重视矿山地质环境治理恢复，并启动了矿山复绿工程，这符合生态文明建设和“美丽中国”的精神。矿山地质环境遥感监测取得了良好成果，但成果应用还有待扩展。另外，新型城市化进程中需要对废弃矿山加强恢复治理和矿山复绿。

2)建议采取生物治理与工程治理相结合的措施，采取“山顶栽树、坡面种草、台地种桑、沟谷植竹”的生物治理措施，采取矿区土地平整增加农林业或工业用地，解决土地荒废问题。

3)矿山地质环境监测系列成果可及时为矿山环境恢复治理(含复绿工程)等提供基础资料和科学依据，每年均可提交矿山地质环境年度成果，直接服务于矿山环境恢复治理工作、矿山复绿行动，社会经济效益显著。将为地质环境保护等矿政管理中心工作提供重要的基础数据和强有力的技术支撑。

[1] 张进德，张作辰，刘建伟，等.我国矿山地质环境调查研究[M].北京：地质出版社，2008.

[2] 王耿明，朱俊凤，武国忠，等.广东省矿山开采占地情况遥感监测与综合研究[J].华南地质与矿产，2015，31(4)：406-413.

[3] 王耿明，黄铁兰，朱俊凤，等.离子吸附型稀土矿资源潜力的遥感定量预测——基于SPOT 5数据的地貌研究[J].国土资源遥感，2012，92(1)：127-131.

[4] 杨金中，孙延贵，秦绪文，等.高分辨率遥感地质调查[M].北京：测绘出版社，2013.

[5] 杨金中，秦绪文，张志，等.矿山遥感监测理论方法与实践[M].北京：测绘出版社，2011.

[6] 秦绪文，杨金中，康高峰，等.矿山遥感监测技术方法研究[M].北京：测绘出版社，2011.

[7] 王耿明，朱俊凤，陈捷，等.广东省矿产资源开发环境遥感监测[R].广州：广东省地质调查院，2016：201-219.

[8] 徐友宁，何芳，袁汉春，等.中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价[M].北京：地质出版社，2006.

[9] 王耿明，朱俊凤，武国忠，等.广东大宝山多金属矿开发环境遥感监测与矿山地质环境评价[J].物探化探计算技术，2016，38(5)：606-612.

Remote Sensing Monitoring of Mine Geological Environment Restorationin Guangdong Based on Domestic Satellite

WANG Geng-ming，ZHU Jun-feng，ZHU Xin，LI Xiao-fei

(GuangdongInstituteofGeologicalSurvey，GuangzhouGuangdong510080，China)

Using the technology of remote sensing monitoring，we have deleloped the monitoring for the status of mine geological environment restoration in Guangdong in 2015，and achieved the latest restoration data in Guangdong.Though study on the total situation of mine geological environment restoration，we firstly statistic the status of restoration according to mine species，and cities and counties，secondly summarize the total characteristic of restoration，lastly research the distribution of restoration，in addition to put forword the existing problems and some helpful advices.The purpose is to provide the basis for the renovation planning of ecological environment in mine area.

Guangdong；mine geological environment；restoration；remote sensing monitoring

2017-02-08

中国地质调查局项目“广东省矿产资源开发环境遥感监测”(12120115059701)

P 237

A

1007-9394(2017)02-0004-04

王耿明(1983～)，男，广东梅州人，硕士，高级工程师，现主要从事矿山开发环境、地质矿产、水工环、国土资源领域遥感与测绘地理信息应用等方面的工作。