首次完成了覆盖四川全省的矿产资源开发、矿山环境、矿产资源规划执行情况的遥感监测工作, 建立了四川省矿产资源开发环境本底数据库, 开展了监测成果的综合分析研究, 为国家政府掌握四川省矿山开发和矿山环境现状、制定矿山保护与规划措施、开展矿产资源动态监测奠定了重要基础。

1.1.1 矿产资源开发监测成果及应用状况

2014年度在四川省共圈定矿山开采点7 656个, 包括疑似违法点233个, 其中非金属矿违法点196个, 是主要违法矿种类型; 金属矿中铁矿违法开采问题突出, 煤矿违法开采点相对较少, 无证开采和越界开采是主要违法类型, 分布范围广泛; 以采代探、擅自改变开采方式、擅自改变开采矿种等违法类型数量较少。

图1

Fig.1

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	图1 四川省矿山占地及矿山恢复治理分布图Fig.1 Distribution of mine occupied land and restoration areas in Sichuan Province

2011— 2014年累计发现矿产疑似违法点1 087个, 各年度矿产疑似违法点数量分别是250个、348个、256个和233个。4 a来, 四川省矿产资源违法开采呈先增加后减少、总体减少的趋势。其中煤矿疑似违法点持续减少, 金属矿和非金属矿疑似违法点呈先增加后减少、总体稍有增长的现象。主要影响因素是国家经济建设转型、市场需求变化和矿产资源整顿治理政策的落实。

对违法开采矿山情况分析后发现: ①有限责任公司和私营企业是主要违法矿山企业类型, 分别占违法开采点总数的50%和47%, 国有企业和集体企业违法开采点数量较少; ②违法开采问题主要集中在川西南山区(占违法点总数的32%), 该区域违法开采规模大, 以国家重点关注的金属矿为主(占全省金属矿违法点总数69%); 四川盆地内和盆地周边山区虽然疑似违法点数量多, 但多以石材、页岩等非金属矿为主, 开采规模小; 川西北高原区违法开采矿山数量较少, 分布零散, 开采规模小。

矿产资源开发状况监测成果直接应用于国家矿政执法工作, 其中2011— 2014年累计调查出的矿产疑似违法图斑1 087个, 编制的相关图件944幅和统计表728份均及时提交国土资源执法部门使用。所上报的多个开采规模大、资源损毁严重的违法矿山均已受到国家督查处理, 为四川省矿产资源开发秩序的好转起到了推动作用。

1.1.2 矿山环境监测成果及应用状况

查明了全省矿产资源开发占地情况(图1)。全省矿山开发占地共30 685.49 hm²。其中, 建材类非金属矿和黑色金属矿是主要占地矿种, 凉山彝族自治州和攀枝花市是全省矿山占地最集中地区。基于全省矿山占地分布和重点矿区矿山占地变化趋势综合分析, 圈定出攀枝花市钒钛磁铁矿区(年均占地增长面积644.3 hm²)和凉山彝族自治州会理县多金属矿区(年均占地增长率20.4%)2个矿山占地问题最突出。

查明了矿山地质灾害点393处, 其中威胁程度最高的地质灾害当属冕宁牦牛坪稀土矿区泥石流群(图2), 灾害规模可达特大型。

图2

Fig.2

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	图2 冕宁牦牛坪稀土矿区特大型泥石流群遥感影像(2014年6月WorldView2立体影像, 方位角155° , 高度角39° )Fig.2 Remote sensing image of huge debris flow group in Maoniuping rare-earth mine, Mianning

图3

Fig.3

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	图3 四川省矿山地质环境遥感监测综合评价图Fig.3 Comprehensive assessment map of remote sensing monitoring for mine geological environment in Sichuan Province

该矿山于2013年7月17日爆发特大型泥石流, 引起了四川省委、省政府高度重视。项目组对泥石流群进行了详细解剖, 估算了泥石流各项指标参数, 并对其威胁范围进行了详细解译; 完成了2011— 2014年泥石流灾害动态监测, 掌握了矿山泥石流群现状和动态变化程度相关资料, 为泥石流群的进一步防治提供了翔实数据。

查明了全省矿山环境恢复治理分布情况。全省矿山环境恢复治理总面积1 286.69 hm², 仅占全省矿山用地的4.2%, 而废弃矿山面积为已治理矿山面积的4.8倍。矿山恢复治理土地类型主要有耕地、园地、林地、草地、住宅用地、交通道路和其他治理工程7类。

完成了全省392个规划“ 复绿矿山” 的监测工作。截至2015年, 已完成复绿治理的矿山有26个, 占复绿矿山总数的6.6%; 正在进行复绿治理的矿山30个, 占复绿矿山总数的7.7%; 未进行复绿治理的矿山336个, 占复绿矿山总数的85.7%。

开展了矿山环境污染遥感调查工作。圈定矿山环境污染区22个, 影响范围7 421.7 hm², 主要有水体污染和土壤污染2种形式, 其中冕宁稀土矿区、红格钒钛磁铁矿区及兴文硫铁矿区的环境污染问题较为突出。

开展了四川省矿山地质环境遥感监测综合评价工作。圈定矿山地质环境影响严重区1 350 km²、较严重区7 187.15 km²、一般区48 468.34 km²和无影响区427 994.5 km², 分别占矿山地质环境影响区总量的0.28%、1.48%、9.99%和88.25%(图3)。

1.1.3 矿产资源规划执行情况监测成果及应用现状

完成了四川省矿产资源规划执行情况遥感监测, 涉及30个矿产资源开采规划区、85个禁止勘查开采区(含自然保护区、风景名胜区等)及其主要道路周边, 主要监测成果如下。

四川省30个矿产资源开采规划区中有8个完全达到规划目标, 其余22个主要存在采矿权数量、最低开采规模、最低开采年限和疑似违法开采等不符合规划的问题。

2015年四川省85个禁止勘查开采区中有24个存在勘查开采行为, 其中开采矿山以非金属矿为主, 勘查矿山以金属矿为主。

四川省主要道路周边存在采矿权309宗, 主要分布于达州市、乐山市、广元市等地区, 以高速公路和铁路周边的煤矿、页岩矿及石灰岩矿分布最多。

各年度均编制了矿产资源规划执行监测图、统计表、文字报告等资料。其中, 2015年编制完成了四川省禁止开采勘查区规划执行遥感监测专题统计表, 并及时提供国土资源部相关司局使用。

1.2.1 技术方法体系构建

构建了“ 遥感数据源选取— 遥感数字图像处理— 遥感信息提取— 野外验证— 图件制作” 相对完整且较为成熟的、适合四川省区域特点的矿山开发遥感监测技术方法体系, 出版了专著《四川省矿山开发遥感监测方法与实践》^[7], 为四川省矿山遥感监测工作的有序开展建立了理论基础。

(1)形成了以卫星光学遥感数据为主、航空光学遥感数据和雷达数据为辅的四川省矿山开发遥感调查与监测数据获取模式, 有效解决了四川省矿区遥感数据获取难、获取慢的问题。

(2)构建了“ 计算机自动提取与目视解译相结合, 以目视解译为主” 的四川省矿山开发遥感信息提取模式。

(3)综合研究了四川省矿山开采点/面、矿山占地、矿山地质灾害及矿山恢复治理等地物类型特点, 建立了相应的监测方法和解译标志。

1.2.2 遥感数据处理与应用

(1)针对四川省多云多雾天气条件下很难及时获取到质量较好的高分辨率光学卫星数据的问题, 研究了矿区TerraSAR-X雷达数据图像配准、图像融合、矿山解译标志及矿业活动信息提取方法; 建立了矿山开采面、矿山建筑、排土场、尾矿库、选矿厂、滑坡和泥石流的遥感解译标志(图4)。上述方法有利于解决四川省多云多雾天气条件下光学遥感数据难以获取的问题, 为矿山遥感监测拓宽了遥感数据来源。

图4

Fig.4

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	图4 TerraSAR-X雷达数据矿山地物遥感解译标志Fig.4 Remote sensing interpretation key of mine surface features based on TerraSAR-X data

(2)针对部分矿区因矿山开发导致地形频繁且强烈改变的现实问题, 创造性地将IRS-P5 DEM应用于矿区高分辨率遥感数据正射纠正处理, 相对以往基于1∶ 1万地形图DEM数据的几何纠正精度有了明显提高。基于该项研究成果已公开发表了学术论文“ 基于IRS-P5的DEM高分辨率遥感影像正射纠正” ^[8]。

(3)开展了无人机在矿山遥感监测中的应用研究, 分别采用内部和外部变形误差纠正的方法解决了川西南山区无人机影像畸变较大的问题。应用研究结果表明, 无人机遥感影像获取时间快, 空间分辨率高(0.28 m), 能更清晰地反映矿山开采痕迹和矿山环境地物类型(图5), 特别适用于地下开采矿山分布集中区的遥感监测和应急调查工作。

图5

Fig.5

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	图5 无人机遥感影像在地下开采矿山监测中的应用Fig.5 Application of UAV remote sensing images on monitoring underground mining

1.2.3 综合分析评价方法

(1)在四川省矿山开发遥感监测工作基础上, 通过对不同矿山开发类型的充分调研, 建立了以遥感调查数据为主要数据源的矿山地质环境评价指标体系与GIS定量评价方法, 为实现矿山地质环境评价提供了技术支撑, 并在全国矿山地质环境评价中得到了推广和应用。

矿山地质环境评价指标体系选取地形地貌、年均降雨量、植被覆盖度(%)、区域重要程度、地质构造、岩性组合、边坡结构与强度、主要开采方式、主要开采矿种、开采点密度、占用土地面积比例、地质灾害、地质灾害隐患、水资源破坏程度和矿山环境恢复治理难易程度等16个指标进行评价, 每个评价指标按照相关标准分为3级, 其权重采用Delphi法确定^{[9, 10]}。

(2)采用矿山遥感监测与传统地质环境调查技术相结合的方法, 开展了矿山环境综合治理区划研究。首先, 对研究区矿山开发环境各类要素进行了连续监测, 形成遥感监测数据; 然后, 利用传统地质环境调查方法开展矿山环境详细调查与评价, 补充完善矿山开发环境动态数据; 最后, 综合分析研究区矿山环境问题、利用状态、治理效果及地质条件等各项因子差异, 针对性地建立了地质环境防治区划标准, 根据监测数据完成了矿山环境恢复治理区块划分, 提出了恢复治理措施与建议。

研究结果证明, 将矿山遥感监测技术与传统地质环境调查方法相结合, 可以详细掌握矿山地质环境现状和发展趋势, 为开展矿山环境恢复治理规划与治理工作提供翔实资料^{[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]}。

本项目所研究的遥感数据处理、矿山环境评价体系等技术方法, 已在成都理工大学和中国地质大学教学与科研工作中被采用, 提供了有益参考。