杨文芳,杨 明,刘春娥
(1. 青海省地质调查院,青海 西宁 810012; 2. 青海省青藏高原北祁连地质过程与矿产资源重点实验室,青海 西宁 810012; 3. 青海齐鑫地质矿产勘查股份有限公司,青海 西宁 810012)
工作区位于亚欧大陆中部,地处中国西北边陲新疆中南部地区,归属于天山南麓—西昆仑阿尔金成矿带,涉及40个县级行政区。调查内容包括矿产资源开发状况遥感调查、矿山地质环境遥感调查。
工作区煤矿区地表岩石破碎,植被覆盖度极低,大规模的开采易产生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷以及沙质荒漠化问题。金属矿山废渣随意堆积,且未进行任何边坡护理,易发生崩塌,个别矿山甚至堆积于河道,形成泥石流隐患。而且,根据以往监测结果,新疆南部矿区环境治理程度极低,随着开采力度的进一步加大,温宿县煤矿开采集中区、拜城煤矿开采集中区、库尔勒煤矿开采集中区、阿图什北铅锌矿区、库车煤矿开采集中区、轮台阳霞煤矿开采集中区等地区矿山地质环境问题势必会有所加重[1]。因此,在本次工作中展开全区范围遥感调查时,应特别关注上述矿业开发重点区域及矿山地质环境问题严重区,并适当加大遥感调查及野外调查的力度。
全国矿产资源开发环境遥感监测是一项重要的矿情调查工作,总体思路是在前期工作的基础上,以先进的遥感技术为调查手段,以满足国家、国土资源部的管理需求为目标,以满足中国地质调查局对政府业务支撑的需求为根本要求,统一规划,合理部署,利用全国正射影像图数据开展天山南麓—西昆仑阿尔金成矿带矿产资源开发利用状况、矿山地质环境状况、矿山环境恢复治理(含复绿工程)、矿产资源规划执行情况等本底数据遥感调查工作,分成矿带、县编制矿产资源开发环境遥感监测系列成果图件[2]。
工作方法主要包括资料收集与质量检查、监测底图精度检查及遥感数据处理、解译标志建立、信息提取、野外调查、成果图件编制、统计报表填制、矿山地质环境评价、综合分析研究、成果数据整理与入库和成果报告编写等。
收集工作区矿山地质环境、矿产资源分布有关图件、文字资料、数据表格、工作区历年矿产资源开发状况调查成果资料等;获取中国国土资源航空物探遥感中心提供的2015年度和2016年度遥感影像数据及用于判释的矿产资源规划数据、2015年和2016年矿业权数据等。
对所收集的遥感数据等基础资料进行质量检查,并填制相关的检查记录表,待各个检查项目复核通过后进入下步工作。
遥感影像数据统一由中国国土资源航空物探遥感中心制作并提供,由于该遥感数据已经融合,其影像通常亮度偏低、灰阶分布动态范围小,色彩不够丰富。因为土地变更调查与监测的遥感数据主要用于土地疑似违法图斑的提取,在遥感数据处理过程中更侧重于建筑物、道路及其耕地等目标信息的增强处理。所提供的遥感影像上的矿山地物很可能存在高亮或黑暗、内部纹理信息损失等现象。必要的时候在局部地区需做反差增强等处理。增强可采用线性、非线性反差增强法,视具体情况而定。最终目的是压缩干扰信息,提高目标识别效果,保证在其已有的分辨率下能够提取目标信息(图1)。
图1 GF-1影像增强前后对比图
不同类型矿种的影像特征也各不相同,同一类型矿种开采方式不同其影像特征也有差异。通过以往遥感调查成果和资料收集,根据国产卫星数据GF-1建立了以下几类矿山地物的目视解译标志,在今后具体工作过程中,将根据实际工作情况进一步细化和完善相关解译标志[3]。
1)开采点:地下开采煤矿在模拟真彩色影像上以黑色显示,井口周围有工业场地,开采规模越大的矿山工业场地及矿山建筑越规则。开采硐口与矿石堆之间一般都有出矿通道(运矿轨道)相连,且该通道为断头路,断头路的终点为开采硐口的位置。硐口附近一般有矿石堆积。开采硐口若在陡峭的上坡或山脊上,周围没有矿山公路,一般有铁索从硐口附近直通山谷公路旁中转场地。
2)开采面:开采面一般是由露天开采矿形成的,在地形地貌上,由于开采面的不断开挖,矿区一般要低于周围地形,活动开采的地方容易形成陡坎。在影像特征方面,开采面纹理密集、清晰,与周围边界较为明显;活动开采面其色调光亮,若色调呈暗色调,且可看到绿色杂草发育,说明此矿山已经停采。
3)固体废弃物:主要包括尾矿库、废石堆、排土场以及煤矸石堆等。尾矿库一般由金属矿山开采产生的,多在矿山浮选厂附近,形状有一定的规则性,一般有尾矿库坝。废石堆、排土场、煤矸石堆等一般在矿山附近,近期产生的固体废弃物没有植被覆盖,早期的固体废弃物有少量的植被覆盖,人工堆积地形特征明显。
4)矿山建筑物:如井架、竖井、矿石选场、矿部、职工宿舍等。大型矿山地表建筑物相对较大且规则排列,大多为小平房;非法矿山地表建筑物相对简陋,随意搭建,规模小,一般为临时小工棚。可以从色调、形状上加以区分。
在正确建立解译标志的基础上,采用计算机自动提取与人机交互解译相结合,以人机交互解译为主的方法,按照建立的各类解译标志,借助三维显示及多期遥感影像对比手段,在arcgis软件平台下利用遥感图像所提供的影像特征(色调或色彩,即波谱特征)和空间特征(形状、大小、阴影、纹理、图形、位置和布局)进行信息提取,并填制相应的开发状况解译记录表和矿山地质环境解译记录表[4]。
现将矿产资源开发与矿山地质环境状况(含矿山环境恢复治理)信息提取及矿产资源规划执行情况的调查详细介绍如下。
3.4.1 矿产资源开发状况
1)图斑类型分类
根据项目调查内容矿产资源开发状况解译图斑类型的分类如下。
按照矿产开采状态,提取的图斑类型可分为正在开采和关停废弃;
针对矿产开发秩序,疑似违法开采图斑按照违法类型可分为无证勘查、越界勘查、擅自改变勘查对象、以采代探、无证开采、越界开采、擅自改变开采对象、擅自改变开采方式等;
按照矿产资源开采方式,提取的图斑类型有地下井采、地下硐采、露天开采图斑;
按照尾矿库的赋存状况,尾矿库可分为正在生产使用的尾矿库、废弃的尾矿库和已闭库的尾矿库;北山成矿带内的尾矿库主要为正在生产使用的尾矿库。
按照尾矿库类型可分为山谷型、傍山型、平地型、截河型。天山南麓—西昆仑阿尔金成矿带内的尾矿库类型主要为山谷型、傍山型和平地型。
2)信息提取方法
本项目工作中主要应用以国产卫星数据为主的正射影像图进行相关矿山地物信息的提取,该数据类型呈多样化,空间分辨率也不尽相同,通过以往工作可以看出所使用的遥感数据类型有空间分辨率达到2 m的ZY3、YG-2、TH-1等的图像、空间分辨率达5 m的RE、YG-8等图像。在不同的空间分辨率下遥感解译精度不同,如空间分辨率达到2 m的ZY3、YG-2、TH-1等的图像对露天开采面、尾矿库等地物特征明显的矿山地物可以直接根据各地物形状、颜色、纹理等特征真接提取其信息,但对于矿产开采井口、硐口的判读相对困难,不能完全根据影像准确的推断井口和硐口的位置,要通过道路、矿山建筑、废石堆或矿石堆等间接判断。
该类图斑的勾绘应在正确建立解译标志的基础上,采用计算机自动提取与人机交互解译相结合,以人机交互解译为主的方法,借助三维显示及多期遥感影像对比手段,结合矿权等数据,在Arcgis平台上以增强处理好的2016年度最优分辨率遥感影像上将工作区划分为数量不等的正方形网格,采用从上到下,从左到右的顺序逐一对各四方形内矿山目标根据遥感图像所提供的影像特征(色调或色彩,即波谱特征)和空间特征(形状、大小、阴影、纹理、图形、位置和布局),结合区域地质矿产图、矿权数据等多种非遥感信息资源组合,通过断头路、排土场等采矿行迹进行勾绘,并在后期辅助于野外实地调查,进一步提高图斑勾绘的精度(见图2)。
图2 矿产资源开发信息提取技术流程
在室内解译过程中,对于难以直接勾绘的图斑,可以借助遥感三维可视化手段,再现矿区地形的立体显示,有助于对矿山地物的识别,在很大程度上提高了地物边界的可分辨程度;此外通过多期影像数据的对比,显示矿区地物的变化情况,亦有助于图斑边界的勾绘工作。
3)图斑类型界定
结合工作区的地层岩性、矿产资源分布图和采矿权资料对解译提取的开采点、开采面的种类进行矿种归属分类;结合矿权资料,以解译提取的开采点、开采面的影像特征和解译标志判定开采状态;以采矿权、探矿权资料为依据结合野外工作,判定解译提取的开采点、开采面的开采秩序(界内、疑似违法开采、废弃)。
其中,疑似违法图斑的主要界定方法如下。
未依法取得勘查许可证擅自进行勘查的,判定为无证勘查。
矿业权人超越批准勘查的区块范围进行的勘查活动,判定为越界勘查。
未按勘查许可证载明的对象,擅自勘查其他工作对象的,判定为擅自改变勘查对象。
探矿权人未经批准擅自进行边探边采或在未取得采矿许可证的情况下擅自采矿的,判定为以采代探。
未依法取得采矿许可证擅自采矿的,及未经批准在矿产资源规划禁止开采区开采矿产资源的,判定为无证开采。
采矿权人超越批准的矿区范围进行的采矿活动,判定为越界开采(不包括地下越界)。
未按照采矿许可证载明开采方式开采矿产资源的,判定为擅自改变开采方式。
未按照采矿许可证载明的矿种,擅自开采其他矿种的,判定为擅自改变开采矿种。
矿权过期、正在办理矿权(矿权无编号)、工程用土/砂、煤火治理采煤、治水采矿、各类工程名义采矿、河道采砂/砖瓦粘土等均界定为疑似无证开采。
地下开采硐口在矿权之外的按越界开采界定[5]。
4)变化信息表达
通过2016年矿产资源开发状况的遥感调查,对比2015年度调查成果,调查矿山开采状态和矿业开发秩序的变化情况。其中:查明矿山开采状况中新增、减少、不变等开采点/面分布位置、数量等信息,查明矿山开发秩序中疑似违法图斑、尾矿资源的分布位置、数量等及变化情况。通过对比2015年度调查成果,疑似违法图斑的变化情况可分为持续违法、新增违法、关停转违法、合法转违法、违法转关停、违法转合法等6种情况,该变化信息在“矿产卫片执法疑似违法图斑汇总表”中予以表达,对解译的图斑编号按照省级、地市级、区县级行政区划分别填制。
2011-2016年来利用重点矿集区高分遥感数据与土地变更调查遥感成果数据,在新疆与重点矿集区开展了矿产资源开发利用状况、矿山地质环境问题、矿产资源规划执行情况等遥感调查与监测工作,获取各年度客观基础数据,为保持矿产资源的可持续开发与利用,维护矿业秩序及综合整治矿区环境等提供基础数据与决策依据。连续多年的矿山遥感调查工作的逐步深入以及工作技术手段的不断提高,取得了较为显著的遥感调查与监测成果,应用成效明显。与此同时,也存在一些不足、问题,有待进一步开展矿山遥感监测工作。
参考文献:
[1] 陈伟涛,张志,王焰新,等.矿山地质环境遥感监测方法初探[J].地质通报,2010, 29(2): 457-462.
[2] 何海鹏,何国金.IKONOS高分辨率遥感影像融合方法比较研究[J].科技导报,2009, 27(5): 33-37.
[3] 郭生元,李小林,吴文新,等.青海省茫崖石棉矿矿区环境地质问题及治理对策[J].中国地质灾害与防治学报, 2008, 19(4): 46-49.
[4] 徐友宁,李智佩,陈华清,等.生态环境脆弱区煤炭资源开发诱发的环境地质问题——以陕西省神木县大柳塔煤矿区为例[J].地质通报,2008, 27(8): 1344-1350.
[5] 何芳,徐友宁,陈华清,等.西北地区矿山地质灾害的现状及其时空分布特征[J].地质通报,2008, 27(8): 149-159.