李 建

（1.重庆工程职业技术学院地质与测绘工程学院，重庆 402260）

开展矿山地质环境调查工作具有重要的现实意义，其成果可为合理开发利用矿山矿产资源、保护矿山地质环境、矿山生态环境恢复治理、实施矿山地质环境监督管理提供基础资料和地质依据[1,2]。由于矿山开采活动会产生一系列矿山地质环境问题，因此将国产高分卫星数据应用于地质环境调查具有重要的的意义。

本文以广东某硫铁矿山为例，分析国产高分数据在矿山地质环境调查中的应用潜力，这对在拓展国产系列高分卫星数据应用领域，促进国产卫星数据在矿山地质环境调查中的规模化与产业化应用提供了新思路[2,3]，为后续构建“天上看、地上查、网上管”的矿山环境监管体系，实现以图管矿的矿山环境立体监管系统提供了强大的数据决策支持。

1 研究区概况与数据源

研究区位于广东省西北，是国内也是亚洲最大的硫铁矿床，属正在开采的露天矿山。矿区位于粤桂隆起带与桂湘赣粤褶皱带毗邻处，属于大绀山背斜北东倾伏部位，区内褶皱及断裂复杂，褶皱轴及断层皆向北东突出，向北撒开向南收敛，呈帚状弧形展布。区内矿山已经开采多年，持久的开采活动势必会对当地居民的生活环境及矿区环境带来诸多不利影响，矿山地质环境问题突出。

矿区地势为西高东低、北高南低，由西北向东南倾斜，平均海拔高度325～350 m。区内气候特点表现为：气温高与降雨多几乎同时存在，暴雨及台风也经常出现，高温与降雨对矿区环境影响至为重要。结合矿山地质环境调查实际需求，本文选取2015-11-28的高分一号卫星数据，影像时相较新，云雪面积小于5%，植被覆盖率低于40%，影像多光谱波段数据分辨率为8 m，融合全色波段后空间分辨率高达2 m。

2 影像质量评价与数据预处理

本文结合矿山地质环境调查应用的具体需求，主要采用目视判读和定量评价相结合的方法对影像数据信息量、清晰度与波段相关系数进行分析[4]。影像信息量越大则清晰度越高，地质环境信息也越丰富。分析图像各波段之间的相关系数对后续影像波段的选择和数据冗余的消除具有重要作用。由表1可知，本文选取的影像B4波段较之其余3个波段的相关系数较小[4]，故本节选取432波段假彩色合成影像开展矿山地质环境要素信息提取。数据预处理包括大气校正、辐射校正、正射纠正、图像融合、图像镶嵌、影像配准及影像裁剪等步骤。

表1 高分一号卫星影像各波段间相关系数对比

3 矿山地质环境应用潜力分析

3.1 矿山地质环境信息提取

快速准确地进行矿产资源开发状况、矿山环境遥感信息提取，前提和关键均是解译标志的建立[2,5]。矿山环境遥感调查提取信息包括矿山开发利用现状调查和矿山环境调查，主要是查明矿山开发区的采矿场、矿山建筑、中转场地和固体废弃物堆场等分布和占地情况[6]。鉴于此，本次对矿山的采矿场、固体废弃物堆场、尾矿库、开采面等矿山较易识别地物建立了解译标志。

本次遥感地质解译环境要素信息涉及露天采矿场、矿山固体废弃物堆场、泥石流堆积扇、较大规模的崩塌、滑坡、地面塌陷，地貌景观、植被破坏等的位置、危及城镇、重要建筑物、矿山设施、交通等较大的地质灾害及其隐患等[7-9]。野外实地检查与验证主要目的是对工作区遥感地质解译初步成果、遥感地物信息提取成果进行野外检查和修正，验证图中地质体及地物体的属性判定的正确与否，地质及地物界线定位的准确程度。通过对解译标志的进一步完善，修正和完善遥感解译提取成果。完成室内初步解译后，进行野外实地核查验证，对有疑问的图斑100%进行验证和详解记录。

3.2 矿山环境调查结果分析及影响分析

调查发现区内矿山环境主要的占地类型为采矿及生产加工活动产生的大量废渣、废土、石等占据了农用地和耕地现象，并存在尾矿库占用农业用地的现象，各种不同占地方式如图1所示。本次共解译与矿山环境相关的尾矿库、废石渣、地面塌陷、采场、选矿厂、裸地、矿山相关设施、湖泊及水系与居民地等多种类别的有用图斑217处，各类别图斑数量、面积及占比信息如图2所示。结果表明，矿区主要占地类别为矿山采场、矿山相关设施及生产加工活动产生的大量废渣、废土、石等占据了农用地和耕地造成的地表裸露。矿山露天开采对周围的土地、水文、植被等会造成诸多不利的影响，包括地形地貌破坏、水土流失和生态环境恶化（见图3），此外开挖出的土石方等大量剥离物存放压占土地。

图1 矿山地质环境遥感信息提取结果图

图2 调查区信息提取统计

图3 露天开采形成高陡裸露基岩边坡

研究区矿山环境以尾矿库、废石渣等为代表的固体废弃物为主，次为中转场地和矿山建筑用地；水土流失区主要位于矿山活动较为集中的地区及交通用地附近；矿区主要的土地破坏类型为裸地，即为露天开采对地表覆盖物的剥离，占矿区约41%；区内滑坡和泥石流等地质灾害破坏的面积占比较少，但存在崩塌和地裂缝情况；矿区存在地面塌陷灾害，其影响面积在矿区占比较大，并对周边地区农业生产造成一定的影响。

常用的矿山环境影响分区方法有多种，不同的方法各有优劣，适用领域也各不相同。本文选用层次分析法，选取构造复杂程度、地形坡度、工程地质条件、矿山建筑密度、中转场密度及采矿场密度等6个影响矿山环境的因素作为评价因子，建立数据评价模型，通过加权运算，获取各因子权重，最后进行数学运算，求得研究区内矿山环境影响指数。

根据矿山环境影响指数结果及矿区的具体特征将矿山环境分为3个等级：影响严重区、较严重区、较轻区。其中影响严重区位于矿区西部的露天采场、排土场及采场区域，较严重区位于东部的选冶厂区及矿区生活区，矿区的其他地区为影响较轻区域。矿山环境影响的严重程度作为矿山环境治理的直接依据，直接关系到应采取的矿山地质环境治理的相关举措与建议。

图4 区内矿山环境影响分区图

4 结 语

通过利用高分数据开展本次矿山环境调查，探索了国产高分数据在矿山地质环境调查中的应用潜力，得出结论如下：

1）国产卫星数据是国土矿山环境管理不可或缺的重要技术手段[10,11]，对构建“天上看、地上查、网上管”的环境监管新体系，实现“以图管矿”、“以图管环境”、“以图促改进”的立体监管新模式意义重大。随着国产卫星技术的不断发展完善，预计我国在5～10 a内，域内重要矿种矿集区的矿山地质环境与地质灾害遥感调查与监测等以遥感卫星为技术基础的各项工作将全面启动，届时，国产高分系列卫星将提供更为强大的图像数据支持。

2）国产高分卫星B4波段与另外3个波段的相关性较小，独立性更好，可在矿山环境调查影像波段选择时优先选择，用于信息增强或图像合成等处理；高分卫星遥感数据融合后影像清晰，纹理信息丰富，适用于矿山地质环境调查应用。

3）国产高分遥感数据与GIS技术相结合，在一定范围内对矿业秩序混乱、矿山环境破坏严重地区开展大比例尺的遥感调查和监测；也可为实现国土资源立体监测，解决矿产资源无序开发、矿难频发、土地违法屡禁不止等监管难题，提高资源管理的科技含量，并为矿山环境恢复治理等提供科学的决策支持。

4）现阶段研究区内矿山地质环境恢复治理理念还有待提高，建议提高对矿山地质环境保护的认识，有计划地进行矿山地质环境保护与恢复治理工作。