以现代成矿理论和采矿学为理论依据, 从矿产赋存规律、矿山生产系统、矿山开采的环境效应、图像分析的时间效应和尺度效应、矿山地质环境评价方法等方面, 初步探索建立了矿山遥感监测方法, 出版了《矿山遥感监测工作指南》^[2]、《矿山遥感监测理论方法与实践》^[3]、《矿山遥感监测技术方法研究》^[4]、《中国矿山遥感监测》^[5]4部专著, 为全国矿山遥感监测工作的有序开展建立了理论基础。

(1)通过矿山开采场地与固体废弃物、就地选冶形迹、交通运输系统等的共生性、相关性的剖析, 研究了不同矿种的矿山生产系统, 综合研究并界定了不同矿种的监测重点、监测指标和监测精度, 建立了不同矿种的开采点/面、矿山建筑、中转场地、固体废弃物等的监测方法、解译标志。

(2)通过对矿山开采过程中产生的地表景观破坏、环境污染、矿山地质灾害等的分析, 研究了矿山开采的环境效应, 提出了对因矿山废渣和废水产生的环境污染、开采产生的地质灾害、景观破坏等的监测指标和监测精度。

(3)根据我国各重要成矿带成矿地质条件和矿床赋存规律, 初步界定了“ 矿山开发遥感调查与监测” 的监测区域、监测重点矿种、监测内容以及可能需要使用的遥感数据分辨率等。

(4)根据不同分辨率遥感数据的实际使用情况, 对比分析了图像分析时的时间效应和尺度效应, 界定了不同比例尺成果间的误差幅度, 建立了矿山地质环境遥感评价方法。

根据矿山遥感监测工作流程, 系统分析了各工作过程的技术需求, 针对基础数据处理、监测底图生产、信息提取、外业验证、成果图编制和成果数据入库等各工作环节的实际需求, 先后研究/开发了地形图自动校正、矿权数据处理、辐射校正、去霾(雾)处理、快速纠正、变化监测、图斑自动编码、半自动成图软件等模块或技术; 以SuperMap和ArcGIS为基础, 开发了矿山遥感监测外业核查系统(MineMapper), 开发了全国矿山遥感监测信息系统V1.0, 初步建立了较为完善的矿山遥感监测技术体系(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 矿山遥感监测技术体系框架Fig.1 Technological framework of remote sensing monitoring of mine

其中, 借鉴分水岭变换的思想和FNEA方法的精髓并加以改进, 提出了一种基于凸面模型的多尺度影像分割方法, 并据此开发的变化监测模块, 能够对多期影像间影像像元的变化区域进行快速圈定, 提高了矿山遥感监测的工作效率和工作精度; 基于超图嵌入式开发平台eSuperMap, 采用Microsoft Embeded VC++ 4.0开发语言, 开发Minemapper手持PDA外业调查系统(图2)。其主要功能包括地图配置、投影转换、GPS定位导航、GPS轨迹记录及各种矿山专项业务外业调查(含开采点外业调查、开采面外业调查、开发占地外业调查、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝外业调查以及大气污染、水体污染、粉尘污染、环境恢复与治理等外业调查)等, 既实现了矿山遥感监测野外数据采集的规范化、标准化, 也提高了野外工作的质量和成果的真实性。

图2

Fig.2

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	图2 外业查验软件界面Fig.2 Interface of field check software

(1)编制了“ 矿产资源开发遥感监测技术要求” ^[1]。该技术要求包括资料收集、野外踏勘、遥感数据源选择、地形地理底图编制、影像图制作、信息提取(信息提取内容、基本信息提取方法、提取内容属性定义)、实地验证、成果图件编制和格式要求(成果图件内容、表现形式)、成果提交与资料汇交等11个方面, 对设计书编写和审查、野外验收工作方法和要求、相关统计报表和成果图件的格式、提交时间、提交方式、成果报告编写格式等内容进行了界定, 进一步规范了项目工作流程和成果表达方式。经中国地质调查局颁布执行, 为矿山遥感监测工作的规范化、标准化奠定了技术基础。

(2)按年度组织开展了“ 矿产资源开发遥感监测技术要求” 培训工作, 就技术方法、精度指标、成果图编制等进行了示范性说明, 实现了矿山遥感监测工作思路、工作方法、工作标准、工作进度、成果表达的“ 五统一” 。

(1)以矿山遥感监测计划项目成果为基础, 以全国矿山遥感监测信息系统V1.0为平台, 完成2006年度、2007年度、2008年度、2009年度和2010年度遥感矿山调查与监测成果数据的规范化整理和入库(入库数据达21T)工作, 建立了矿山遥感监测成果数据库。

(2)及时向国土资源管理部门提交了各年度重点矿区的监测成果(包括图件、报告, 计612套); 分年度编写了矿产资源开发遥感调查与监测成果报告, 及时分析了矿产疑似违法图斑、矿山地质环境问题等分布范围及变化情况, 提出了相关对策建议, 编制了各年度全国矿产疑似违法图斑分布图(1:400万), 并上报中国地质调查局、国土资源部。实现了工作成果的及时应用。

(3)以2009年度和2010年度调查成果为基础, 开发了矿山遥感监测三维展示系统。

开展了矿产资源开发状况、矿山地质环境问题、矿产资源规划执行情况等综合研究工作。

1.5.1 矿产资源开发状况

完成了2006— 2010年度调查成果的整理、汇总和上报工作, 工作成果成功运用于矿产资源开发秩序监管、九部委“ 回头看” 矿业开发秩序整顿行动、矿产卫片执法检查等政府工作中, 为有效遏制全国矿产资源违规开采行为提供了基础数据。

(1)2006— 2010年, 全国重点矿区先后提取矿产疑似违法图斑数量分别为6 440、1 675、3 152、4 242和2 492处。按单位面积内违法图斑数量计算, 2006— 2010年每百平方千米矿产疑似违法图斑数量分别为7.31个、3.31个、2.23个、1.05个和0.89个, 呈现逐年下降趋势, 表明全国重点矿区矿业秩序正在好转。

(2)从违法类型分析, 2006— 2010年, 无证开采、越界开采、擅自改变开采方式、擅自改变开采矿种、以采代探等各种违法类型总量分别为13 435处、3 862处、121处、59处、181处和343处, 分别占违法总量的74.6%、21.5%、0.7%、0.3%、1%和1.9%。违规开采以无证开采、越界开采为主。

(3)全国主要违规区域主要位于河北迁安、承德、张北, 山西宁武— 朔州、乡宁— 柳林、晋城, 河南栾川、渑池, 山东胶东、黑旺、嘉祥, 湖北宜昌、保康、荆襄、云应、天潜, 安徽庐枞、马鞍山, 广西平果、贵港、天等, 云南安宁县街, 福建永定、新罗, 新疆博乐、托里等矿区。其中, 河北、山西、辽宁等省份以煤矿、铁矿等的违法开采为主; 山东以金矿、铁矿等为主; 河南以煤矿、铝土矿和钼矿为主。南方诸省主要以磷矿、稀土矿、煤矿和石材为主。

(4)矿产疑似违法图斑的违法主体多为个体采矿业者, 占违法总量的63.7%~67.2%; 集体经济和股份制企业违法比例为25.4%~31.2%; 国营企业违法比例为5.1%~7.3%。绝大多数煤矿(87%以上)、金属矿产(76%以上)的违法开采行为是由国营企业、集体经济和股份制企业实施的; 多数(63%)的非金属矿的违法开采行为是由个体采矿业者实施的。

1.5.2 矿山地质环境问题

(1)编制了全国重点矿区矿山占地分布图(图3), 初步查明了全国重点矿区的矿山占地情况。2006— 2010年, 先后在全国重点矿区查明的矿业活动占地面积分别为3.99、4.43、12.17、29.06、25.56万公顷, 占当年监测面积的5.75‰ 、4.39‰ 、5.66‰ 、6.40‰ 、7.21‰ , 显示随着治理整顿力度的加大, 矿业活动逐渐规范, 矿山建筑面积不断加大, 矿山占地呈增加趋势; 全国累计查明疑似违法矿业用地分别为0.73、0.55、1.06、1.93、2.01万公顷, 分别占当年监测面积的万分之10.77、6.36、4.52、4.25和5.67, 违法占地比例呈逐年下降趋势, 但2010年有所反弹。

图3

Fig.3

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	图3 全国重点矿区矿山占地分布图[5]Fig.3 Land occuption map of national concentration zones of the important mine[5]

(2)编制了全国重点矿区矿山地质灾害分布图, 初步查明了全国重点矿区的矿山地质灾害分布情况、大型地质灾害的变化情况。2006— 2010年, 累计监测各类地质灾害(点)6 596处。其中, 滑坡359处、崩塌170处、泥石流307处、地面(采空)塌陷293处(塌陷坑4 168个)、地裂缝855处、煤火自燃106处、工矿型荒漠化338处, 分别占总量的15%、7%、13%、12%、35%、4%和14%。

(3)2006— 2010年, 累计监测各类矿山环境污染(点)327处, 其中, 水体污染122处、粉尘污染170处、大气污染35处, 分别占总量的37%、52%、11%; 矿山环境污染较为严重的省份为内蒙古、山西、河南、青海、山东、安徽、江西等。其中, 内蒙古以粉尘污染为主, 主要为中、东部地区的尾矿库和开采场引起的粉尘污染和中、西部地区煤矿和金属矿开采引起的水体污染; 山西主要为煤矿开采引发的粉尘和大气污染。

(4)开展了全国重点矿区矿山地质环境遥感评价工作。圈定矿山开采对矿山地质环境影响严重区19 030 km², 较重区157 756 km²、一般区475 122 km², 分别占总量的3%、 24%和73%(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 全国重点矿区矿山地质环境遥感评价图[5]Fig.4 Geo-environment remote sensing map of national concentration zones of the important mine[5]

1.5.3 矿产资源规划执行情况

按照第一轮矿产资源规划, 全国现有各类矿产资源开采规划区2 450个, 其中, 鼓励开采区1 174个, 限制开采区701个, 禁止开采区517个。5年中, 项目对其中的716个(鼓励开采区33个, 限制开采区60个, 禁止开采区8个, 其他规划区11个, 占总量的29.22%)进行了监测, 发现只有22个规划区的执行情况与要求不符。对116处矿山生态环境恢复治理规划区(占总量的30.13%)进行监测, 发现8个规划区执行了规划意见, 完成了矿山生态环境恢复治理指标; 27个尚未进行治理; 81个规划区正在完成治理任务。