天山南麓—西昆侖阿爾金成礦帶地質環(huán)境遙感監(jiān)測研究

楊文芳，楊 明，劉春娥

(1. 青海省地質調查院，青海 西寧 810012； 2. 青海省青藏高原北祁連地質過程與礦產資源重點實驗室，青海 西寧 810012； 3. 青海齊鑫地質礦產勘查股份有限公司，青海 西寧 810012)

工作區(qū)位于亞歐大陸中部，地處中國西北邊陲新疆中南部地區(qū)，歸屬于天山南麓—西昆侖阿爾金成礦帶，涉及40個縣級行政區(qū)。調查內容包括礦產資源開發(fā)狀況遙感調查、礦山地質環(huán)境遙感調查。

1 調查區(qū)概況

工作區(qū)煤礦區(qū)地表巖石破碎，植被覆蓋度極低，大規(guī)模的開采易產生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷以及沙質荒漠化問題。金屬礦山廢渣隨意堆積，且未進行任何邊坡護理，易發(fā)生崩塌，個別礦山甚至堆積于河道，形成泥石流隱患。而且，根據(jù)以往監(jiān)測結果，新疆南部礦區(qū)環(huán)境治理程度極低，隨著開采力度的進一步加大，溫宿縣煤礦開采集中區(qū)、拜城煤礦開采集中區(qū)、庫爾勒煤礦開采集中區(qū)、阿圖什北鉛鋅礦區(qū)、庫車煤礦開采集中區(qū)、輪臺陽霞煤礦開采集中區(qū)等地區(qū)礦山地質環(huán)境問題勢必會有所加重[1]。因此，在本次工作中展開全區(qū)范圍遙感調查時，應特別關注上述礦業(yè)開發(fā)重點區(qū)域及礦山地質環(huán)境問題嚴重區(qū)，并適當加大遙感調查及野外調查的力度。

2 工作區(qū)采取的技術路線

全國礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測是一項重要的礦情調查工作，總體思路是在前期工作的基礎上，以先進的遙感技術為調查手段，以滿足國家、國土資源部的管理需求為目標，以滿足中國地質調查局對政府業(yè)務支撐的需求為根本要求，統(tǒng)一規(guī)劃，合理部署，利用全國正射影像圖數(shù)據(jù)開展天山南麓—西昆侖阿爾金成礦帶礦產資源開發(fā)利用狀況、礦山地質環(huán)境狀況、礦山環(huán)境恢復治理(含復綠工程)、礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況等本底數(shù)據(jù)遙感調查工作，分成礦帶、縣編制礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測系列成果圖件[2]。

3 工作方法

工作方法主要包括資料收集與質量檢查、監(jiān)測底圖精度檢查及遙感數(shù)據(jù)處理、解譯標志建立、信息提取、野外調查、成果圖件編制、統(tǒng)計報表填制、礦山地質環(huán)境評價、綜合分析研究、成果數(shù)據(jù)整理與入庫和成果報告編寫等。

3.1 基礎資料收集與質量檢查

收集工作區(qū)礦山地質環(huán)境、礦產資源分布有關圖件、文字資料、數(shù)據(jù)表格、工作區(qū)歷年礦產資源開發(fā)狀況調查成果資料等；獲取中國國土資源航空物探遙感中心提供的2015年度和2016年度遙感影像數(shù)據(jù)及用于判釋的礦產資源規(guī)劃數(shù)據(jù)、2015年和2016年礦業(yè)權數(shù)據(jù)等。

對所收集的遙感數(shù)據(jù)等基礎資料進行質量檢查，并填制相關的檢查記錄表，待各個檢查項目復核通過后進入下步工作。

3.2 圖像處理及監(jiān)測底圖精度檢查

遙感影像數(shù)據(jù)統(tǒng)一由中國國土資源航空物探遙感中心制作并提供，由于該遙感數(shù)據(jù)已經融合，其影像通常亮度偏低、灰階分布動態(tài)范圍小，色彩不夠豐富。因為土地變更調查與監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)主要用于土地疑似違法圖斑的提取，在遙感數(shù)據(jù)處理過程中更側重于建筑物、道路及其耕地等目標信息的增強處理。所提供的遙感影像上的礦山地物很可能存在高亮或黑暗、內部紋理信息損失等現(xiàn)象。必要的時候在局部地區(qū)需做反差增強等處理。增強可采用線性、非線性反差增強法，視具體情況而定。最終目的是壓縮干擾信息，提高目標識別效果，保證在其已有的分辨率下能夠提取目標信息(圖1)。

圖1 GF-1影像增強前后對比圖

3.3 建立解譯標志

不同類型礦種的影像特征也各不相同，同一類型礦種開采方式不同其影像特征也有差異。通過以往遙感調查成果和資料收集，根據(jù)國產衛(wèi)星數(shù)據(jù)GF-1建立了以下幾類礦山地物的目視解譯標志，在今后具體工作過程中，將根據(jù)實際工作情況進一步細化和完善相關解譯標志[3]。

1)開采點：地下開采煤礦在模擬真彩色影像上以黑色顯示，井口周圍有工業(yè)場地，開采規(guī)模越大的礦山工業(yè)場地及礦山建筑越規(guī)則。開采硐口與礦石堆之間一般都有出礦通道(運礦軌道)相連，且該通道為斷頭路，斷頭路的終點為開采硐口的位置。硐口附近一般有礦石堆積。開采硐口若在陡峭的上坡或山脊上，周圍沒有礦山公路，一般有鐵索從硐口附近直通山谷公路旁中轉場地。

2)開采面：開采面一般是由露天開采礦形成的，在地形地貌上，由于開采面的不斷開挖，礦區(qū)一般要低于周圍地形，活動開采的地方容易形成陡坎。在影像特征方面，開采面紋理密集、清晰，與周圍邊界較為明顯；活動開采面其色調光亮，若色調呈暗色調，且可看到綠色雜草發(fā)育，說明此礦山已經停采。

3)固體廢棄物：主要包括尾礦庫、廢石堆、排土場以及煤矸石堆等。尾礦庫一般由金屬礦山開采產生的，多在礦山浮選廠附近，形狀有一定的規(guī)則性，一般有尾礦庫壩。廢石堆、排土場、煤矸石堆等一般在礦山附近，近期產生的固體廢棄物沒有植被覆蓋，早期的固體廢棄物有少量的植被覆蓋，人工堆積地形特征明顯。

4)礦山建筑物：如井架、豎井、礦石選場、礦部、職工宿舍等。大型礦山地表建筑物相對較大且規(guī)則排列，大多為小平房；非法礦山地表建筑物相對簡陋，隨意搭建，規(guī)模小，一般為臨時小工棚。可以從色調、形狀上加以區(qū)分。

3.4 信息提取及調查

在正確建立解譯標志的基礎上，采用計算機自動提取與人機交互解譯相結合，以人機交互解譯為主的方法，按照建立的各類解譯標志，借助三維顯示及多期遙感影像對比手段，在arcgis軟件平臺下利用遙感圖像所提供的影像特征(色調或色彩，即波譜特征)和空間特征(形狀、大小、陰影、紋理、圖形、位置和布局)進行信息提取，并填制相應的開發(fā)狀況解譯記錄表和礦山地質環(huán)境解譯記錄表[4]。

現(xiàn)將礦產資源開發(fā)與礦山地質環(huán)境狀況(含礦山環(huán)境恢復治理)信息提取及礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況的調查詳細介紹如下。

3.4.1 礦產資源開發(fā)狀況

1)圖斑類型分類

根據(jù)項目調查內容礦產資源開發(fā)狀況解譯圖斑類型的分類如下。

按照礦產開采狀態(tài)，提取的圖斑類型可分為正在開采和關停廢棄；

針對礦產開發(fā)秩序，疑似違法開采圖斑按照違法類型可分為無證勘查、越界勘查、擅自改變勘查對象、以采代探、無證開采、越界開采、擅自改變開采對象、擅自改變開采方式等；

按照礦產資源開采方式，提取的圖斑類型有地下井采、地下硐采、露天開采圖斑；

按照尾礦庫的賦存狀況，尾礦庫可分為正在生產使用的尾礦庫、廢棄的尾礦庫和已閉庫的尾礦庫；北山成礦帶內的尾礦庫主要為正在生產使用的尾礦庫。

按照尾礦庫類型可分為山谷型、傍山型、平地型、截河型。天山南麓—西昆侖阿爾金成礦帶內的尾礦庫類型主要為山谷型、傍山型和平地型。

2)信息提取方法

本項目工作中主要應用以國產衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主的正射影像圖進行相關礦山地物信息的提取，該數(shù)據(jù)類型呈多樣化，空間分辨率也不盡相同，通過以往工作可以看出所使用的遙感數(shù)據(jù)類型有空間分辨率達到2 m的ZY3、YG-2、TH-1等的圖像、空間分辨率達5 m的RE、YG-8等圖像。在不同的空間分辨率下遙感解譯精度不同，如空間分辨率達到2 m的ZY3、YG-2、TH-1等的圖像對露天開采面、尾礦庫等地物特征明顯的礦山地物可以直接根據(jù)各地物形狀、顏色、紋理等特征真接提取其信息，但對于礦產開采井口、硐口的判讀相對困難，不能完全根據(jù)影像準確的推斷井口和硐口的位置，要通過道路、礦山建筑、廢石堆或礦石堆等間接判斷。

該類圖斑的勾繪應在正確建立解譯標志的基礎上，采用計算機自動提取與人機交互解譯相結合，以人機交互解譯為主的方法，借助三維顯示及多期遙感影像對比手段，結合礦權等數(shù)據(jù)，在Arcgis平臺上以增強處理好的2016年度最優(yōu)分辨率遙感影像上將工作區(qū)劃分為數(shù)量不等的正方形網(wǎng)格，采用從上到下，從左到右的順序逐一對各四方形內礦山目標根據(jù)遙感圖像所提供的影像特征(色調或色彩，即波譜特征)和空間特征(形狀、大小、陰影、紋理、圖形、位置和布局)，結合區(qū)域地質礦產圖、礦權數(shù)據(jù)等多種非遙感信息資源組合，通過斷頭路、排土場等采礦行跡進行勾繪，并在后期輔助于野外實地調查，進一步提高圖斑勾繪的精度(見圖2)。

圖2 礦產資源開發(fā)信息提取技術流程

在室內解譯過程中，對于難以直接勾繪的圖斑，可以借助遙感三維可視化手段，再現(xiàn)礦區(qū)地形的立體顯示，有助于對礦山地物的識別，在很大程度上提高了地物邊界的可分辨程度；此外通過多期影像數(shù)據(jù)的對比，顯示礦區(qū)地物的變化情況，亦有助于圖斑邊界的勾繪工作。

3)圖斑類型界定

結合工作區(qū)的地層巖性、礦產資源分布圖和采礦權資料對解譯提取的開采點、開采面的種類進行礦種歸屬分類；結合礦權資料，以解譯提取的開采點、開采面的影像特征和解譯標志判定開采狀態(tài)；以采礦權、探礦權資料為依據(jù)結合野外工作，判定解譯提取的開采點、開采面的開采秩序(界內、疑似違法開采、廢棄)。

其中，疑似違法圖斑的主要界定方法如下。

未依法取得勘查許可證擅自進行勘查的，判定為無證勘查。

礦業(yè)權人超越批準勘查的區(qū)塊范圍進行的勘查活動，判定為越界勘查。

未按勘查許可證載明的對象，擅自勘查其他工作對象的，判定為擅自改變勘查對象。

探礦權人未經批準擅自進行邊探邊采或在未取得采礦許可證的情況下擅自采礦的，判定為以采代探。

未依法取得采礦許可證擅自采礦的，及未經批準在礦產資源規(guī)劃禁止開采區(qū)開采礦產資源的，判定為無證開采。

采礦權人超越批準的礦區(qū)范圍進行的采礦活動，判定為越界開采(不包括地下越界)。

未按照采礦許可證載明開采方式開采礦產資源的，判定為擅自改變開采方式。

未按照采礦許可證載明的礦種，擅自開采其他礦種的，判定為擅自改變開采礦種。

礦權過期、正在辦理礦權(礦權無編號)、工程用土/砂、煤火治理采煤、治水采礦、各類工程名義采礦、河道采砂/磚瓦粘土等均界定為疑似無證開采。

地下開采硐口在礦權之外的按越界開采界定[5]。

4)變化信息表達

通過2016年礦產資源開發(fā)狀況的遙感調查，對比2015年度調查成果，調查礦山開采狀態(tài)和礦業(yè)開發(fā)秩序的變化情況。其中：查明礦山開采狀況中新增、減少、不變等開采點/面分布位置、數(shù)量等信息，查明礦山開發(fā)秩序中疑似違法圖斑、尾礦資源的分布位置、數(shù)量等及變化情況。通過對比2015年度調查成果，疑似違法圖斑的變化情況可分為持續(xù)違法、新增違法、關停轉違法、合法轉違法、違法轉關停、違法轉合法等6種情況，該變化信息在“礦產衛(wèi)片執(zhí)法疑似違法圖斑匯總表”中予以表達，對解譯的圖斑編號按照省級、地市級、區(qū)縣級行政區(qū)劃分別填制。

4 結 語

2011-2016年來利用重點礦集區(qū)高分遙感數(shù)據(jù)與土地變更調查遙感成果數(shù)據(jù)，在新疆與重點礦集區(qū)開展了礦產資源開發(fā)利用狀況、礦山地質環(huán)境問題、礦產資源規(guī)劃執(zhí)行情況等遙感調查與監(jiān)測工作，獲取各年度客觀基礎數(shù)據(jù)，為保持礦產資源的可持續(xù)開發(fā)與利用，維護礦業(yè)秩序及綜合整治礦區(qū)環(huán)境等提供基礎數(shù)據(jù)與決策依據(jù)。連續(xù)多年的礦山遙感調查工作的逐步深入以及工作技術手段的不斷提高，取得了較為顯著的遙感調查與監(jiān)測成果，應用成效明顯。與此同時，也存在一些不足、問題，有待進一步開展礦山遙感監(jiān)測工作。

參考文獻：

[1] 陳偉濤,張志,王焰新,等.礦山地質環(huán)境遙感監(jiān)測方法初探[J].地質通報，2010, 29(2): 457-462.

[2] 何海鵬,何國金.IKONOS高分辨率遙感影像融合方法比較研究[J].科技導報，2009, 27(5): 33-37.

[3] 郭生元,李小林,吳文新,等.青海省茫崖石棉礦礦區(qū)環(huán)境地質問題及治理對策[J].中國地質災害與防治學報, 2008, 19(4): 46-49.

[4] 徐友寧,李智佩,陳華清,等.生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)煤炭資源開發(fā)誘發(fā)的環(huán)境地質問題——以陜西省神木縣大柳塔煤礦區(qū)為例[J].地質通報，2008, 27(8): 1344-1350.

[5] 何芳,徐友寧,陳華清,等.西北地區(qū)礦山地質災害的現(xiàn)狀及其時空分布特征[J].地質通報，2008, 27(8): 149-159.