遥感技术在广西矿山开发占损土地中的应用

李思发，李 亮，赵伟立

(贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081)

1 引言

随着遥感技术的快速发展，高空间分辨率遥感数据具有宏观、快速和同步等优点，在矿山地质环境遥感监测方面的应用越来越广泛(王燕波 等，2011；张焜 等，2012)，尤其是自然资源部中国地质调查局先后实施的“矿产资源开发多目标遥感调查与监测”等项目，快速准确地对全国矿山地质环境现状进行遥感调查和监测，为国家绿色发展指数统计、矿山地质环境管理等工作提供了技术支撑(杨金中 等，2016)。本文基于获取的2018年度国产高分辨遥感影像及少部分国外高分辨率遥感影像，结合广西壮族自治区自然地理、矿产和基础地质等资料，对全省的矿山开发占损土地及矿山环境恢复治理情况进行遥感监测，旨在掌握广西壮族自治区矿山地质环境的现状及趋势。

2 研究区概况及数据源

2.1 研究区概况

研究区位于华南板块的南端，大地构造分属扬子陆块和南华活动带，特有的地质构造环境及广泛分布的泥盆纪地层，造就了丰富的矿产资源，至1999年底，广西已发现矿种115种，有查明资源储量的89种。有多种重要矿产资源储量排在全国前列：属第一位的有锰、锑、铌钽等；第二位的有锡、铟等；第三位的有钛铁矿、重晶石、水泥用灰岩、饰面大理岩等；第四位的有铝、锌、钨、银、滑石、高岭土等。矿床规模有特大型和大型矿床，但以中小型为主；地区分布以桂西地区为主。

2.2 数据源

本文研究主要采用中国自然资源航空物探遥感中心下发的分县2018年度土地利用调查与变更数据(3E级产品：即为经正射、精校正、镶嵌按行政区裁剪后的影像产品)，主要数据源有国产高分辨遥感影像ZY3、GF2、GJ-1和GF-1以及部分国外高分辨率遥感影像P1、SPOT-6，空间分辨率参数(张柯南 等，2001；杨金中 等，2019)如表1所示；2018年度最新矿权数据；所有数据均采用高斯-克吕格投影，坐标系统采用“CGCS2000坐标系”。

表1 主要采用的卫星影像空间分辨率参数表

3 研究内容及方法

3.1 研究内容

遥感技术在矿山开发占损土地监测中主要包含矿山开发占损土地和矿山环境恢复治理等2个方面：

1)矿山开发占损土地：按界内开采矿山、疑似违法矿山和废弃矿山，分别提取矿山开发区的采场、矿山建筑物、中转场地(煤堆、矿石堆、洗煤厂、选矿厂、选矿池等)、固体废弃物(排土场、废石堆、尾矿库、煤矸石堆等)以及塌陷坑的占地情况；

2)矿山环境恢复治理：调查矿山地质环境恢复治理区面积、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(杨金中 等，2009)。

3.2 技术路线及方法

一是收集研究区的自然地理、基础地质、矿业权数据和2018年遥感数据；二是根据影像的色、形、纹理以及外业踏勘建立主要矿山地物解译标志；三是在ArcGIS 10.2软件平台上，根据建立的遥感解译标志，采用人工目视解译的方法，完成各矿山地物信息提取；四是结合区域矿产地质图、矿业权资料确定矿山开采矿种；五是根据矿山道路、矿山植被以及采矿痕迹(矿石堆、排土场等)等情况确定矿山开采状态；六是利用收集的采矿权数据图层与遥感解译专题数据图层进行叠加分析(刘丽娟 等，2005)，判断其开采秩序(界内开采矿山、疑似违法矿山、废弃矿山)；七是利用GPS进行实地调查、验证矿山占地信息；八是综合分析与研究(刘立 等，2019)。技术路线如图1所示。

图1 总体技术路线Fig.1 Overall technical route

4 主要矿山地物解译标志的建立

4.1 矿山开发占地解译标志

矿山开发占地是指矿产资源开采的过程中导致的压占和损毁土地的情况，常见的有露天采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑物和塌陷坑。

(1)露天采场

露天开采矿山采场多沿矿脉延伸方向展布，呈负地形，边部阶梯状剥离台阶发育，采场内无植被，人为活动与地貌破坏明显，基于不同的开采矿种，颜色不一，且较周边地物明亮，与周围地物差异明显(苏一鸣 等，2015)(图2)。

图2 建筑用砂露天采场遥感解译标志Fig.2 Mark of remote sensing interpretation for open pitmining of construction sand

(2)固体废弃物

固体废弃物可细分为：排土场、废石堆、煤矸石堆和尾矿库。

在遥感影像上，排土场主要指剥离覆盖在矿体上部及周围覆土，并运至一定地点集中堆放场所，多见于露天矿山，可用于后期恢复治理回填覆盖，在影像上呈向内凹入的近梯形或规则近圆形图斑，多呈土黄色(图3)；废石堆主要指矿山采矿排弃物(围岩或废弃矿石)集中堆放的场所，在影像上多呈亮白色，近圆形图斑，堆包痕迹明显(图4)；煤矸石堆呈浅灰色，亮度高，斑块状痕迹明显(图5)；排土场、煤矸石堆和废石堆通常位于开采硐口(采面)附近或存在轨道(道路)与之相连；尾矿库通常筑坝拦截谷口或围地构成，在影像上可见多呈阶梯逐级排列的尾矿坝，形状似水库，纹理光滑，呈镜面反射效果，颜色鲜亮有过渡色，一般只有大规模开采的金属类矿山有尾矿库，多位于洗矿场附近或通过管道(道路)与洗矿场连接(龚梅 等，2014)(图6)。

图3 建筑用砂排土场遥感解译标志Fig.3 Mark of remote sensing interpretation for dumpreclamation of construction sand

图4 金矿废石堆遥感解译标志Fig.4 Remote sensing interpretation mark ofwaste rock heap in gold mine

图5 煤矸石遥感解译标志Fig.5 Remote sensing interpretation mark of coal gangue

图6 铜矿尾矿库遥感解译标志Fig.6 Remote sensing interpretation mark of copper tailings reservoir

(3)中转场地

中转场地细分为：堆煤场、其它矿石堆、洗煤场、选矿场。

在遥感影像上，堆煤场形状较规则，纹理较厚实，一般呈黑灰色，且与道路相通，以方便运输(图7)；洗煤场常呈现工矿企业的影像特征，建筑结构简单，与煤矿山相比，洗煤场的运输管道较多，且附近常配有蓄水池(图8)；其它矿石堆一般针对非能源矿矿山而言，纹理较规则，成圆堆状，亮度较高(图9)；选矿场一般针对大中型矿山而言，有露天设备和室内设备，通常在矿山建筑物及中转场地周围(李思发 等，2014)(图10)。

图7 堆煤场遥感解译标志Fig.7 Remote sensing interpretation mark of coal yard

图8 洗煤场遥感解译标志Fig.8 Remote sensing interpretation mark of coal washing yard

图9 建筑用砂矿石堆遥感解译标志Fig.9 Remote sensing interpretation mark ofbuilding placer rock heap

图10 金矿选矿场遥感解译标志Fig.10 Remote sensing interpretation mark of gold ore dressing field

(4)矿山建筑

矿山建筑轮廓清晰，形状规则，多呈长方形、方形和7字形，分布较为集中，多呈浅蓝色调，建筑物顶面通常较亮(马国胤 等，2017)(图11)。一般说来，矿山建筑物的数量多少可以反映出矿山规模的大小。小型矿山建筑分布稀疏，规模较小；大型矿山建筑分布集中，规模较大，要注意与洗煤厂和选矿场的区分，洗煤厂和选矿场的建筑之间多存在于管网连接。

图11 矿山建筑遥感解译标志Fig.11 Remote sensing interpretation signs of mine buildings

(5)塌陷坑

塌陷坑通常是由矿层采空后顶部覆盖岩体塌陷坠落而形成。在遥感影像上，塌陷坑一般呈现深色或者深色间夹浅色的色调，遥感影像解译特征是指纹状或条带兼有斑点状、外形类似圆形或者椭圆形的洼地(吴寿江 等，2020)(图12)。

图12 塌陷坑遥感解译标志Fig.12 Remote sensing interpretation mark of collapse pit

4.2 矿山恢复治理解译标志

恢复治理一般分为自然恢复和工程恢复2类，自然恢复主要指矿山关闭后，废弃矿山的松散裸露面逐步趋于稳定、植被自然恢复，在影像上纹理较杂乱(图13)；工程恢复治理主要指通过工程对废石(渣)、采坑(塌陷坑)等采取平整、回填、覆土等工程防治措施，工程恢复治理的图斑在影像上多呈现青绿色或墨绿色，较周围自然的植被相比，纹理较规则，人工种植痕迹显著(杨金中 等，2019)(图14)。

图13 自然恢复遥感解译标志Fig.13 Remote sensing interpretation mark of natural restoration

图14 工程恢复治理遥感解译标志Fig.14 Remote sensing interpretation mark for engineering restoration

4.3 矿山开发状态解译标志

正在开采矿山的矿山植被破坏较为严重，矿山设备、矿山道路和建筑物完好，道路使用痕迹明显，固体废弃物堆积立体感强(图15)；而关闭的矿山植被处于被恢复或已经恢复状态，固体废弃物立体感差，色调较暗(李思发 等，2011)(图16)。

图15 开采矿山遥感解译标志Fig.15 Remote sensing interpretation mark of mining mine

图16 关闭矿山遥感解译标志Fig.16 Remote sensing interpretation signs of closed mine

5 监测结果与分析

本次遥感解译工作主要以目视解译为主，在ArcGIS 10.2平台上，以影像图为背景，叠加采矿权数据，结合区域矿产地质图，完成各矿山地物信息提取，并根据矿山道路、矿山植被、建筑物以及采矿痕迹(矿石堆、排土场等)等情况确定矿山开采状态。

5.1 采矿占损土地现状与分析

遥感调查表明，广西壮族自治区涉矿占损土地6.48万公顷，其中采场损毁土地3.17万公顷、中转场占地1.83万公顷、固体废弃物占地0.6万公顷、矿山建筑占地0.18万公顷和塌陷坑损毁土地面积0.7万公顷，分别占涉矿占损土地总面积的48.92%、28.24%、9.26%、2.78%、10.8%。

在各市级行政区中，以百色市采矿用地最突出，占地1.01万公顷，占采矿用地总面积15.62%；其次是河池市的0.62万公顷，占采矿用地总面积9.5%；来宾市位居第三，采矿用地面积0.60万公顷，占总面积9.32%。

5.2 矿山恢复治理现状与分析

广西壮族自治区恢复治理矿山总面积1.37万公顷，占全区涉矿用地的17.48%。矿山恢复治理图斑在各州市级市均有发现，其中恢复治理面积最大的为百色市，为0.31万公顷，其次是河池市，恢复治理面积为0.14万公顷。

按矿山用地的恢复治理矿地类型分析，以治理矿山采场面积最大，为0.90万公顷，占治理总面积65.93%；中转场地恢复治理0.22万公顷，占总面积16.11%；固体废弃物恢复治理0.21万公顷，占总面积15.06%；矿山建筑恢复治理11.23公顷，占总面积0.08%；塌陷坑恢复治理289.27公顷，占总面积2.11%。

按矿山恢复治理后土地类型分析，耕地复垦0.26万公顷，占恢复治理总面积18.81%；园地恢复治理100.81公顷，占总面积0.74%；林地复绿0.33万公顷，占总面积23.79%；草地复绿0.62万公顷，占总面积44.94%；工矿仓储用地恢复644.15公顷，占总面积4.70%；商服用地恢复226.78公顷，占总面1.65%；住宅用地恢复107.66公顷，占总面积0.79%；公共用地恢复治理105.03公顷，占总面积0.77%；交通运输用地恢复治理79.00公顷，占总面积0.58%；恢复水域421.94公顷，占总面积3.08%；其他土地恢复23.44公顷，占总面积0.17%。

6 结论

(1)基于多种高分辨率遥感影像的数据特征，针对矿山遥感监测的地物目标任务，建立了一套比较系统、完善的矿山遥感监测解译标志，主要有矿山开发占地解译标志、矿山开发状态解译标志以及矿山环境恢复治理解译标志，这些解译标志的运用，可大大提高矿山遥感监测的解译精度和工作效率，对矿山遥感监测工作具有重要的技术支撑。

(2)通过运用遥感技术进行广西壮族自治区的矿山遥感监测，获取了该区矿山开发占损土地和矿山环境恢复治理情况，为国家绿色发展指数统计、矿山地质环境管理等工作提供了技术支撑。