新疆矿山环境遥感监测成果综述

强建华，于 浩

（1.中国煤炭地质总局航测遥感局，西安 710054；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心，乌鲁木齐 830000）

新疆矿山环境遥感监测成果综述

强建华1，于 浩2

（1.中国煤炭地质总局航测遥感局，西安 710054；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心，乌鲁木齐 830000）

为进一步发挥遥感技术在矿山环境监测中的优势，采用多类型、多时相遥感数据，在充分分析监测区矿产开发状况、矿山地质环境和矿产资源规划执行情况等相关资料的基础上，从矿山辅助设施、道路、矿堆、矸石及地裂缝、采空塌陷等的宏观和微观形态特征出发，运用计算机自动分类和人机交互解译相结合的方法，首次对新疆矿山地质环境问题进行了全面的遥感调查与监测，获取了全区矿山开发中土地占用与损毁、矿山地质灾害、矿山环境污染以及恢复治理状况等方面丰富翔实的基础数据，分析了矿山地质环境与不同矿种、不同开发方式之间的关系。为新疆矿山环境的保护与治理提供了重要的基础数据和技术支撑，再次显示了遥感技术为矿山管理“一张图”工程做贡献的巨大潜力。

成矿带；地质环境；地质灾害；遥感监测

0 引言

新疆维吾尔自治区（以下简称“新疆”）作为资源型省区，矿产资源开发利用在经济发展中始终占据重要地位。近年来，随着西部能源基地的建设，新疆矿产资源开发强度不断加大，给国家和地方的发展带来了一定的经济效益和社会效益；但由于某些矿山还存在矿产资源不合理开发状况，也产生了各种各样的矿山地质环境问题。随着遥感技术的快速发展及其应用领域的不断拓宽，遥感技术在我国重要成矿带和矿集区开发状况调查与监测中日益发挥出重要作用，为矿山管理“一张图”工程做出了重要贡献，取得了显著成果［1-7］。为进一步发挥遥感技术的优势，2006年起，中国地质调查局部署开展了“矿山遥感监测”工作，对全国矿产开发热点和重点地区的矿产资源规划执行情况、矿产资源开发状况、矿山地质环境问题实施遥感调查与监测。“新疆维吾尔自治区矿山环境监测”项目作为其子项目，由中国煤炭地质总局航测遥感局和新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局承担并于2011—2014年完成。该项目的主要任务是：利用遥感技术开展新疆地区矿产资源开发状况和矿山环境遥感地质解译、矿山环境问题区环境监测，初步查明新疆南部地区矿产资源开发状况及引发的矿山地质环境问题，总结其变化规律和趋势，为区域地质环境保护、矿山地质环境治理等提供基础资料。本文综合分析该项目成果资料，对新疆矿山开发中土地占用与损毁（以下简称“占损”）、矿山地质灾害（隐患）现状及变化趋势进行总结，为新疆矿产资源的合理开发和矿山环境恢复治理提供基础数据和技术支撑。

1 区域概况

新疆位于亚欧大陆中部，地处我国西北边陲，总面积166万km2，占全国陆地总面积的六分之一，是我国面积最大、交界邻国最多、陆地边境线最长的省区。全区辖有14个地州市（包括5个自治州、7个地区和2个地级市）和90个县（市）（包括6个民族自治县、6个县级直辖市和32个边境县（市））。新疆的地貌可以概括为“三山夹两盆”：北面是阿尔泰山，南面是昆仑山，天山横贯中部，把新疆分为南北2部分，北为准噶尔盆地，南为塔里木盆地。

新疆矿产资源丰富，现已发现4 000多处矿产地，上百个重要成矿带，各类矿产138种，广泛分布在“三山两盆地”中。石油、天然气、煤炭和钾盐等分布在各沉积盆地中，铁矿主要集中分布于天山，铬矿主要分布于准噶尔西部山地，铜、镍、金、硫化物等矿床主要分布于阿尔泰山和东天山，稀有金属矿则主要分布于阿尔泰山地区。

根据中国地质调查局总体部署，2009年和2010年分别由青海地质调查院和新疆地质调查院在新疆地区的若羌石棉矿区、轮台县阳霞煤矿区等部分重点矿集区开展了矿产资源开发状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况遥感调查，并取得阶段性成果。分析2014年新疆采矿权数据，新疆地区的固体矿山开发主要以煤矿、非金属矿（建筑砂石、砖瓦黏土）为主，占整个开发矿山总数的83.14%；其次为黑色金属矿（铁、锰）和贵金属矿（金、砂金），占开发矿山总数的10.97%；有色金属矿（铜、铅、锌）、稀有金属矿和其他矿产较少，只占开发矿山总数的5.89%。按开采方式划分，露天矿山2 701家，占矿山总数的79.63%；井下开采矿山691家，占矿山总数的20.37%。

矿产资源的开发对新疆脆弱的生态环境影响十分明显。“重开发、轻治理”的开发现状，导致矿山环境恢复治理进展缓慢，矿山占用和破坏土地问题较为突出；另外，矿山开发诱发的滑坡、泥石流、采空塌陷、煤自燃和水污染等现象多发。

2 技术方法

2.1 数据源

遥感数据来源包括2部分：①2011—2014年间4期土地变更调查所使用的遥感数据，包括遥感2号（YG-2）、遥感8号（YG-8）、资源1号（ZY-1）、资源3号（ZY-3）、实践9号（SJ-9）、高分1号（GF-1）和ZY-1 02C卫星数据，全色波段分辨率均优于2.5 m，覆盖面积累计约400万km2，获取时相集中在各年度的9—12月；②覆盖重点成矿带和矿产资源开发集中区高分辨率遥感影像数据，包括全色波段分辨率优于1 m的QuickBird-2，World-View-2和Pleiades及分辨率优于2.5 m的SPOT5和GF-1卫星数据，获取时相分别集中在2012年4～9月、2013年4～5月和2014年5～10月。

2.2 数据处理

遥感影像坐标系统采用西安80坐标系，投影方式为高斯-克吕格投影。对ZY-1 02C，SPOT5和GF-1影像采用高斯-克吕格6°分带，利用1∶5万比例尺地形图和P5影像生产的DEM数据进行正射纠正，中误差和配准检查误差均小于8 m，满足1∶5万比例尺制图精度要求。对QuickBird-2，World View-2和Pleiades影像采用3°分带，纠正中误差和配准检查误差均小于4 m，满足1∶1万比例尺制图精度要求［3］。

为突出采场、固体废弃物等地物的影像特征，提高可解译程度，采用了不同波段组合并进行影像融合和增强等处理：对GF-1影像采用B1（R）B2（G）B3（B）波段组合，对QuickBird-2影像采用B3（R）B2（G）B1（B）波段组合；通过对比IHS变换、主成分变换和Brovey变换等不同方法的融合效果，本项目主要采用了Brovey变换［8-11］，融合后的影像较好地保持了全色波段的纹理信息和多光谱波段的光谱信息。

2.3 信息提取

根据遥感影像的光谱特征（色调、色彩）和空间特征（形状、大小、阴影、纹理、图形、位置和布局），从矿山辅助设施、道路、矿堆、矸石及地裂缝、采空塌陷等的宏观和微观形态特征出发，采用计算机自动提取和人机交互解译相结合的方法，提取开采井口、硐口的位置，圈定露天采场范围，获取矿山开发占地、矿山地质灾害、矿山环境污染及矿山环境恢复治理等专题信息，并在此基础上进行矿山地质环境变化评价。技术流程见图1。

图1 新疆矿山地质环境遥感监测技术流程Fig.1 Workflow of remote sensing monitoring ofm ine geological environment in Xingjiang

3 主要进展与成果

3.1 基本查清矿山环境地质要素分布情况

3.1.1 矿业活动占地

矿产资源开发占用和破坏土地，包括采矿场对土地的破坏，中转场地、煤矸石等固体废弃物和矿山建筑对土地的占用。根据遥感调查结果，截至2014年底，新疆矿山开发土地占损面积共计124 396.5 hm2（含采空塌陷区1 249.79 hm2），占损的土地类型主要为荒草地和耕地，其中，占损耕地面积18 719.26 hm2。按不同矿山地物类型划分，采场52 934.26 hm2，占全部占损土地的42.55%，占比最大；其次为中转场地和固体废弃物，面积分别为44 236.22 hm2和21 771.95 hm2；矿山建筑面积最小，为4 204.30 hm2，仅占全部占损土地的3.38%（表1和图2）。

表1 2014年新疆矿山占地遥感调查结果Tab.1 Remote sensing investigation data ofm ine land occupation in Xingjiang in 2014

图2 2014年新疆矿山占地分布Fig.2 M ine land occupation in Xinjiang in 2014

对比2012、2014年矿山数量和占地变化情况，矿山由4 146个增加到5 475个，增幅32.1%；占地总量由91 533.83 hm2增加到124 396.5 hm2，增幅35.9%；平均每增加1个矿山，占损土地面积增加24 hm2。

对比各地物类型占地变化情况，中转场地面积增加最大（增幅达55.84%）（图3），主要是因近年新疆煤炭资源和建材开发达到前所未有的规模，主要分布在吐哈、准东、伊犁、和什托洛盖和库拜等地。

图3 2012年和2014年新疆矿山占地统计Fig.3 Statistics ofm ine land occupation in Xinjiang in 2012 and 2014

3.1.1.1 空间分布特征

在区域分布上，占损土地面积居前5位的地级行政区均位于北疆，依次为昌吉回族自治州、哈密地区、吐鲁番地区、阿勒泰地区和塔城地区，占地合计77 684.14hm2，占全疆矿山占地的62.5%；排名后5位的州（区）大部分位于南疆，依次为喀什地区、阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、博尔塔拉蒙古自治州和克拉玛依市，占地合计15 548.09 hm2，占全疆矿山占地的12.5%。上述占损土地空间分布反映出北疆矿产资源开发的强度和规模均远大于南疆地区，对矿山地质环境的影响也远高于南疆地区。

比较县级行政区矿山开发占地密度（即每km2内占损土地面积）（图4）可以看出，排名靠前的有和布克赛尔县、和田市辖区、库尔勒市辖区、哈密市、奇台县和吉木萨尔县等地，主要集中在城区周边，由城市发展建设对砖瓦用黏土、建筑砂石的大力需求引起；另一方面，以煤炭资源为核心的煤电煤化工业集中区，煤矿开发力度大，相应的矿山开发占地密度较其他区域高，如奇台县、吉木萨尔县、托克逊县和伊吾县等。

图4 2014年新疆矿山开发占地密度Fig.4 Land occupation density ofm ine exp loitation in Xinjiang in 2014

3.1.1.2 各矿种占损土地情况

从不同矿种分析矿山占损毁土地情况，其总体特征为：非金属矿产对土地的占损面积最大，为69 283.78 hm2，占全部占损土地的55.7%；其次为能源矿产和金属矿产，面积分别为32 011.97 hm2和23 099.89 hm2（表2）。

在非金属矿产中，砂石和黏土为主的建材及其他非金属矿种占损土地比重最大，占非金属矿产的74.0%，占全疆矿山占地的41.2%，且分布广泛，尤以城镇周边和交通沿线较为严重（图5（a））。

在能源矿产中，煤矿的固体废弃物占地在空间分布上集中在哈密市、奇台县、乌鲁木齐市、拜城县、库车县和轮台县等地。在金属矿产中，以砂金矿、金矿为主的贵金属矿种为主要类型（图5（b）），占损土地面积11 859.46 hm2；其次为铁、锰为主的黑色金属矿种和铜、铅、锌为主的有色金属矿种，占损土地面积分别为8 687.4 hm2和2 437.28 hm2；在空间分布上，贵金属矿种占地集中在阿克陶县、托里县、哈巴河县、若羌县和哈密市等地。

表2 2014年新疆各矿种占损土地遥感调查统计Tab.2 Remote sensing investigation data of land occupation of differentm ines in Xinjiang in 2014

图5 各矿种开发占地遥感影像图Fig.5 Remote sensing image of land occupied by differentm ines

3.1.2 矿山地质灾害

3.1.2.1 空间分布特征

新疆矿产资源丰富，分布广泛，开发利用过程中产生了诸多矿山地质灾害（隐患），其发育程度和空间分布特征受地质环境背景、矿产资源开发强度、矿种类型、矿山开采规模及开采方式等影响而呈现不同特征［12-13］。

2014年新疆矿山地质灾害（隐患）共计186个（表3），其中采空塌陷区的数量最多（101个），占全部地质灾害（隐患）的54.3%，可见采空塌陷是新疆地区数量最多、分布最广、危害最大的地质灾害类型；其次是崩塌（隐患）40个，滑坡（隐患）39个；泥石流和地裂缝数量较少，各3个。在空间分布上，矿山地质灾害（隐患）主要集中在北疆，伊犁盆地、乌鲁木齐市东部和南部山区是新疆矿山地质灾害的易发区和高发区（图6），主要因为这些区域煤炭资源丰富，煤矿开采引发的采空塌陷问题突出；降雨较为充沛，季节性洪水多发，为滑坡、泥石流等地质灾害提供了条件。

表3 2014年新疆各地、州矿山地质灾害数量遥感调查统计Tab.3 Remote sensing investigation data of geological disasters of each city in Xinjiang in 2014

图6 2014年新疆矿山地质灾害分布Fig.6 Distribution ofm ine geological disasters in Xinjiang in 2014

3.1.2.2 矿山地质灾害与矿种关系

不同矿种开采诱发的地质灾害类型、规模和数量等差别较大。分析2014年新疆矿权情况，其中能源类矿山213个，金属矿山543个，非金属矿山3 695个。采空塌陷全部为能源矿山开采所引发（图7），表明煤矿是诱发新疆矿山地质灾害的主要矿种，其影响程度远大于金属和非金属矿山。

金属矿山开采引发的地质灾害54处，灾害类型以滑坡、崩塌为主，主要是开采金矿、铁矿、铅锌矿等诱发；非金属矿山开采引发的地质灾害31处，灾害类型以崩塌、滑坡为主，主要是开采石灰岩、建筑砂石、砖瓦用黏土等矿产引发。遥感监测结果表明，在新疆地区因煤矿开发产生的地质环境问题最多，对环境影响最大。

3.1.2.3 矿山地质灾害与开采方式关系

图7 采空塌陷遥感影像图Fig.7 Remote sensing images of ground collapse by m ining

新疆2014年矿权数量4 451个，其中地下开采527个，露天开采3 864个，露天/地下联合开采60个，煤矿的90.6%和金属矿的62.2%均为地下开采。因地下开采矿山引发的地质灾害140处，是露天开采矿山诱发量的3倍。地下开采造成的地质灾害类型主要为采空塌陷和地裂缝，其次是由采空塌陷、地裂缝导致地面变形诱发的山体开裂，继而引发崩塌、滑坡灾害；露天开采诱发的灾害类型则以崩塌、滑坡、泥石流为主。因此，地下开采要预防采空塌陷的发生，露天开采需预防崩塌、滑坡及泥石流的发生。

3.1.3 矿山环境污染

矿山环境污染主要有粉尘污染和水体污染2种类型。监测结果显示，2014年新疆矿山环境污染27处，包括粉尘污染24处和水体污染3处。新疆气候以干旱、半干旱为主，大部分区域地表植被不发育，受季风的影响，平原、戈壁区的露天开采矿山极易产生粉尘污染，主要以煤矿和石灰石矿为主，煤矸石自燃也是产生粉尘污染的主要原因。水体污染主要由金属矿和煤矿开发引起，新疆水资源较为匮乏，季节性河流较多，矿山开采及选矿过程中会引发水土污染，其规模较小，多以区域型污染为主。

3.1.4 矿山环境恢复治理

2014年新疆北部地区共有5个地市、11个县开展了矿山环境恢复治理工作，总计开展工程治理20处；治理内容有地灾防治、地貌景观修复以及种树植草等，治理总面积139.79 hm2，以阿克苏地区治理面积最大，面积达53.68 hm2（图8），占全部治理面积的38.4%。

图8 库车县俄霍布拉克煤矿煤矸石工程治理遥感影像图Fig.8 Remote sensing images of gangue recovery of Ehuobulake coalm ine in Kuche County

3.2 形成新疆矿山环境遥感监测技术体系

通过4 a的工作，逐步建立了适合新疆地区开展矿山环境遥感监测的技术体系，在资料收集、影像图制作、信息提取等方面形成了特有、完整、有效的工作方法。

3.3 建立矿山地质环境遥感监测本底数据库

首次基本查明了新疆地区矿山开发占用和损毁土地状况、矿山地质灾害、矿区环境污染等矿山地质环境问题，并对重点的地质灾害集中区开展了连续监测，为矿山环境整治工作及时提供了技术服务；以遥感监测成果为基础，建立了新疆地区矿山地质环境遥感监测本底数据库，为新疆地区矿山环境动态监测奠定了数据基础。

4 结论与建议

遥感监测结果及应用实践表明，在地旷人稀、自然条件恶劣的新疆地区开展矿山环境遥感监测，具有很强的可操作性、现实性和准确性。通过4 a的工作，新疆地区矿山环境遥感监测技术体系逐步形成，所取得的监测成果已很好应用于矿山环境整治等日常工作中，正在成为新疆矿政管理工作的重要技术手段。

综上所述，矿山环境遥感监测工作已经取得部分成果；但随着遥感技术的进步和国内遥感市场的发展，针对新疆特殊的地理、政治、经济条件，此项工作还有以下方面需要改进。

（1）针对边远矿集区，增加监测频次。以往监测基本以“1 a”为监测周期，对于重点地区的监测远不能满足国土部门日常管理的需求。随着国产遥感数据获取能力的提高和数据质量的改善，建议增加监测频次，使矿山环境遥感监测成为一项日常工作手段，从而节省人力成本和提高政府监管效果。

（2）深入挖掘遥感监测成果资料的应用潜力。目前已经完成了新疆全区矿山环境现状本底调查，基本查清了矿山开发占用和损毁土地的类型、数量及分布；建议在此基础上继续开展矿山复垦评价研究，促进矿山环境恢复治理工作取得更大进展。

致谢：在4 a的项目调查研究工作中得到中国地质调查局基础部、中国国土资源航空物探遥感中心等单位指导和关心，项目组成员也付出了艰辛劳动，在此一并致以衷心感谢。

［1］ 聂洪峰，杨金中，王晓红，等.矿产资源开发遥感监测技术问题与对策研究［J］.国土资源遥感，2007，19（4）：11-13.

［2］ 杨金中，秦绪文，聂洪峰，等.全国重点矿区矿山遥感监测综合研究［J］.中国地质调查，2015，2（4）：24-30.

［3］ 杨金中，秦绪文，聂洪峰，等.矿山遥感监测工作指南［R］.北京：中国国土资源航空物探遥感中心，2009.

［4］ 强建华.陕西省重点成矿带与矿集区矿山地质环境遥感监测研究［J］.西北地质，2013，46（3）：203-211.

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［8］ 王海庆，聂洪峰，陈玲，等.采矿沉陷遥感调查与危害性研究［J］.国土资源遥感，2016，28（1）：114-121.

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［12］ 徐友宁，武征，赵志长.西北地区不同类型矿产开发环境地质问题及其产生的主要原因［J］.西北地质，2002，35（1）：45-51.

［13］ 何芳，徐友宁，乔冈，等.中国矿山地质灾害分布特征［J］.地质通报，2012，31（2/3）：476-485.

（责任编辑：刘永权）

Review on remote sensing monitoring results ofm ine geological environment in Xinjiang

QIANG Jianhua1，YU Hao2
（1.Remote Sensing Application Institute of ARSC，Xi’an 710054，China；2.Information Center of Bureau of Geology and Mineral Resources of Xinjiang，Urumqi830000，China）

In order to further develop the advantage of remote sensing technology in mine environmentalmonitoring，we used multi temporal and multi type remote sensing data to investigatemine geological environment problems for the first time in Xinjiang Uygur Autonomous Region.On the basis of the analysis ofmineral exploitation status，mine geological environment，and mineral resources planning，the macro and micro morphology of the mine auxiliary facilities，roads，gangue，ore heap，crack and collapse were chatacterized by using the combining method of computer automatic classification and theman-machine interactive interpretation.And a lot of basic data detailed about land occupation，mine geological disasters，mine environmental pollution and restoration，and other aspects ofmine exploitation，were obtained.The relationships betweenmine geological environment and differentmineral resources and different exploitaion way were analyzed，providing important decision-making data and technical support for themine environment protection and governance in Xinjiang.The results show a great potential of remote sensing used in the“One Picture”Project ofminemanagement.

metallogenic belt；geological environment；geological disaster；remote sensingmonitoring

强建华，于浩.新疆矿山环境遥感监测成果综述［J］.中国地质调查，2016，3（5）：28-34.

TP79

A

2095-8706（2016）05-0028-07

2016-04-08；

2016-05-13。

中国地质调查局“新疆维吾尔自治区矿山环境监测（编号：1212011220085）”和“全国矿产资源开发环境遥感监测（编号：121201003000150009）”项目联合资助。

强建华（1982—），男，硕士，高级工程师，主要从事环境遥感应用研究工作。Email：373878192@qq.com。

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