廣東省稀土礦違法開采遙感動態監測研究

朱俊鳳，王耿明，李文勝

（廣東省地質調查院，廣東·廣州 510080）

我國南方離子吸附型稀土礦富含中、重稀土，是高新技術領域所需的重要材料，具有易開采、配分齊、放射性低等特點而成為世界稀土產業中罕見和珍貴的自然礦產資源，被國家列為保護性開采的特定礦種和戰略性資源[1,2]。廣東省是我國南方離子吸附型稀土礦的重要產區，然而隨著稀土礦產品的價格上漲，受利益驅使，近些年來廣東省稀土礦非法開采、亂采濫挖現象經常出現，不僅嚴重擾亂了礦產資源開發秩序，還由于開采技術含量低、工藝落后、采富棄貧，造成植被破壞、水土流失、土壤污染、河道淤塞、生態環境惡化等一系列問題[3～9]。因此，加強稀土礦監管、保護生態環境越來越受到政府部門的重視。

遙感具有宏觀、快速以及重復監測性等優點，被廣泛應用于礦山開發調查與監測中[10～14]，也為稀土礦的違法開采動態監測提供了快速、有效的技術手段[15～17]。中國地質調查局從2010年開始在全國部署礦產衛片遙感解譯，至今已開展5年，本文以廣東省2010年到2014年礦產衛片成果為基礎，論述了稀土礦違法開采的遙感調查方法和廣東省2010～2014年稀土礦的違法開采特征與變化趨勢，并對應用中存在的問題進行了總結與分析，以期為礦政管理部門整頓稀土礦開發秩序、保護和治理礦山地質環境提供技術支撐和決策依據[18]。

1 研究區概況與遙感數據源

1.1 研究區概況

廣東省是我國稀土資源的重要產區之一，省內稀土礦以離子吸附型稀土礦最具特色，其含礦原巖分布廣，成礦條件優越。廣東離子吸附型稀土礦的礦源巖以各類侵入巖、火山巖和次火山巖為主，次為混合巖；侵入巖形成時代以燕山期最為重要，特別是燕山三期礦源巖最多、面積最大，次為燕山一期和燕山四期；巖性為二長花崗巖、黑云母花崗巖、二云母花崗巖、花崗閃長巖等[19]。

就地域而言，廣東離子吸附型稀土礦分布廣泛，北起接近湘贛的樂昌、始興、和平、平遠、蕉嶺，南至電白、臺山、寶安、惠東等沿海地區；西起信宜、廉江，東至大埔、豐順等縣。集中地分布于中部地帶，以清遠、揭陽、和平、鶴山、惠東、大埔、英德、平遠、高明等地較為豐富[20]。

1.2 遙感數據源

廣東省礦產衛片遙感解譯以全國土地變更調查與監測遙感數據作為數據源，覆蓋全省，每年一期數據，數據獲取時間為每年的10月到12月，為正射校正數據，國土資源部統一下發，數據種類包括Pleiades 1（P1）、WorldView1（WV1）、WorldView2（WV2）、WorldView3（WV3）、GeoEye1（GE）、QuickBird（QB）、Ikonos（IK）、SPOT5、SPOT6、高分1（GF1）、資源3（ZY3）、天繪（TH1）、資源1號02C（02C）、RapidEye（RE）、遙感2（YG2）、遙感8（YG8）、遙感14（YG14）等。按空間分辨率的大小，將全省稀土礦區遙感數據源大致分為三類：

（1）高分辨率數據：空間分辨率優于1m的數據，包括P1、WV1、WV2、WV3、GE、QB、IK等。該類數據整體質量良好，紋理清晰、色彩均勻、反差適中，能夠很好地識別露天開采稀土礦的沉淀池、晾曬坪、礦山建筑等。

（2）中等分辨率數據：空間分辨率為1.5～2.5m，包括SPOT5、SPOT6、GF1、ZY3、TH1、02C等。該類數據也能夠較好地識別稀土礦的沉淀池、晾曬坪、礦山建筑等，但紋理信息相對高分辨率數據要差。

（3）低分辨率數據：空間分辨率為5m，包括RE、YG2、YG8、YG14。該類數據空間分辨率較低，紋理信息較差，對于小型稀土礦或位置較為隱蔽的礦區，識別較為困難，但對于剝土面積較大的稀土礦能識別沉淀池。

2 技術路線與技術方法

2.1 技術路線

采用遙感數據與其他多源數據相結合、目視解譯法與人機交互解譯相結合、野外實地調查與室內綜合研究相結合的技術路線來開展稀土礦開采狀況的遙感調查與監測（圖1）。

圖1 廣東省稀土礦違法開采遙感調查技術路線Fig.1 Remote sensing investigation technical route of illegal exploitation of rare earth in Guangdong province

2.2 技術方法

本文所采用的主要技術方法有資料收集、遙感信息提取、野外調查驗證、圖件編制和綜合研究。

2.2.1 資料收集

資料收集主要包括收集廣東省土地變更調查遙感數據、廣東省基礎地理、地形圖資料、地質礦產資料、礦產資源規劃資料以及采礦權、探礦權資料等。

2.2.2 遙感信息提取

（1）建立遙感解譯標志

在初步解譯之前，為了解譯標志的準確性，需要進行野外踏勘，了解稀土礦開采礦區開采方式、開采特點以及和遙感影像的關系。廣東省稀土礦開采方式先后經歷了三種，即池浸法、原地堆浸法和原地浸礦法[21]。池浸法為早期開采方式，破壞山體面積大，環境污染嚴重，現多棄用；原地堆浸法是在池浸法基礎上發展起來的，不同的是在開采區附近原地堆浸，但沒有本質上的不同；原地浸礦法不用大面積破壞山體，而是打孔注液，比較隱蔽，近一兩年被違法開采者使用。不同開采方式有不同的開采特點，從而遙感影像特征和解譯標志也有所不同。根據影像色彩、形狀、大小、影紋、位置等建立不同開采方式、不同開采狀態稀土礦解譯標志（圖2）。

圖2 稀土礦典型影像和野外照片Fig.2 Rare earth typical images and fi eld photos

① 開采區：池浸法、原地堆浸法挖掘稀土礦區的區域，影像上凹凸不平，有明顯開挖痕跡。正在利用開采區在影像上色調呈現灰白，較為新鮮；廢棄開采區受風化剝蝕作用，影像上紋理比較雜亂，色調偏暗，沉淀池、晾曬坪無水或含水量少。

② 池浸場：池浸法用來沉淀稀土元素的場所，通常位于山腰處，形狀為排列規則的長方形池子，邊界較為清晰。正在使用的池子因為有水體存在在影像上呈現黑、灰黑色調，廢棄池浸場呈灰白色調。

③ 堆浸池、晾曬坪：原地堆浸法用來沉淀稀土元素的場地，位于開采區旁邊，形狀通常為田字形方格。正在使用的堆浸池因為水體的存在在影像上呈現黑、灰黑色調，廢棄堆浸池呈灰白色調。

④ 尾砂區：由洗礦后的尾砂堆砌而成，靠近池浸場、堆浸池，受雨水沖刷有明顯的沖溝，正在開采礦區尾砂區在影像上呈灰白色調，廢棄尾砂區色調偏暗。

⑤ 注液區：原地浸礦注射藥液的區域，位于山頂或山坡，布滿注液井，通常植被未被破壞，直接解譯較為困難，可通過高位池、沉淀池等進行間接解譯。

⑥ 高位池：原地浸礦用于儲存藥液的池子，位于注液區頂部，圓形或方形，依據使用狀態呈黑、灰黑色、灰白色調。

⑦ 沉淀池：三種開采方式都存在，呈圓形或長方形，正在使用的沉淀池呈黑、灰黑色調，廢棄沉淀池一般呈灰白色調。

池浸場、堆浸池、沉淀池在遙感影像上形態特征明顯，是稀土礦的典型解譯標志，它們存在的礦區一般就能判斷為稀土礦。

（2）信息提取

在建立的解譯標志基礎上，結合廣東省稀土礦資源分布、開發利用現狀等資料，在與探礦權、采礦權等數據綜合對比分析的基礎上，采用人機交互解譯方法提取稀土礦開采狀態、違法開采類型等。

另外，多期影像對比分析有助于判斷礦山開采狀況。圖3為新豐縣某地區稀土礦多期影像對比遙感調查圖，2011年、2012年遙感影像為天繪1，2013年遙感影像為資源3號。從影像對比分析可以看出，2012年相比2011年，圖斑明顯擴大，左邊的小圖斑和右邊的大圖斑已連在一起，且右邊的圖斑向外擴大，表明2012年該圖斑還在開采。對比2013年和2012年，圖斑范圍沒有擴大，但內部影像紋理有變化，不再有典型格子狀，而是較為雜亂，判斷為水土流失造成。2013年野外調查時該圖斑已處于停采、廢棄狀態，且該區域沒有進行復綠。

圖3 某稀土礦區多期影像對比Fig.3 Multi satellite images of one rare earth deposit

根據廣東省采礦權、探礦權資料，廣東省2011～2014年度稀有稀土類采礦權、探礦權如表1。從表可以看到，2011年后，稀有稀土類采礦權、探礦權急劇縮減，稀土礦作為重要的戰略資源得到進一步保護。

表1 廣東省稀有稀土類采礦權與探礦權統計Table 1 Statistics of Guangdong province rare earth mining right and mineral exploration right

2.2.3 野外調查驗證

室內初步解譯以后，根據疑似違法圖斑分布情況，做好野外路線規劃，對疑似違法開采圖斑進行逐個野外調查驗證，達到檢驗、修改、補充遙感初步解譯結果的目的，并對每一個疑似違法圖斑做好文字記錄和拍照記錄，進一步完善解譯標志。

2.2.4 圖件編制與綜合研究

野外驗證后，在ArcGIS 10平臺上，以縣為行政單位，編制疑似違法圖斑統計圖，并編制全省、市、縣疑似違法圖斑個數、類型統計表，對違法圖斑分布規律、變化趨勢和存在問題等進行綜合分析與研究，提出相應對策及建議。

2.2.5 成果提交

按項目要求，進行成果提交，包括統計表、成果圖件、文字報告等。

3 遙感監測結果與分析

3.1 遙感監測結果

根據年度礦產衛片解譯結果，2010年到2014年，廣東省稀土礦疑似違法圖斑統計如圖4，全部為疑似無證開采圖斑。2010年度有47個圖斑，2011年度圖斑數最多，有73個，2012年度有25個圖斑，2013年度有2個圖斑，2014年度有15個圖斑。

圖4 廣東省稀土礦疑似違法圖斑統計Fig.4 Statistics of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.2 分布特點

2010～2014年廣東省稀土礦疑似違法圖斑分布如圖5。

2010年主要分布在粵東的梅州、粵中的英德市、新豐縣；2011年主要分布在粵中的英德市、新豐縣和河源市；2012年分布范圍進一步擴大，主要分布在粵西的肇慶和粵中的佛岡縣；2013年圖斑只有2處，分布在惠州市；2014年相比2013年，圖斑分布范圍擴大，主要分布在粵西的肇慶市、江門市和粵東的河源市。

圖5 廣東省稀土礦疑似違法圖斑分布Fig.5 Distribution of rare earth suspected illegal mining patterns in Guangdong province

3.3 變化趨勢

結合每年的圖斑數量、分布區域、開采特點，對廣東省稀土礦開采進行綜合分析、研究，有如下特點：

（1）總體呈加劇、減弱、反彈的趨勢

從圖4可以看到，2011年違法圖斑數量急劇增多，相比2010年，圖斑個數增加55.3%，且分布集中，主要分布于英德市和新豐縣，這兩個地方的圖斑個數占2011年圖斑總數的63.0%。2012年，廣東省開展“三打兩建”行動，對稀土礦違法開采進行了有力打擊，這一年稀土礦的違法開采大大減弱，圖斑減少幅度達到65.8%。2013年度，稀土礦違法開采繼續減弱，所有舊采礦點都處于廢棄狀態，只有兩處新增圖斑，且規模較小。而到2014年度，稀土礦的違法開采有所反彈，發現15處新增圖斑，且有的圖斑規模較大。因此，廣東省稀土礦的違法開采總體呈現加劇、減弱，后又反彈的趨勢。

（2）持續違法圖斑少、分布范圍廣

從持續違法來看，只有2011年度相對2010年度有10個持續違法圖斑，2012年度、2013年度、2014年度都為新增圖斑，這一方面表明2010—2011年度稀土違法開采的猖獗，另一方面也反映出稀土開采的特點，即周期短、速度快，往往幾個月就開采完畢，無需第二年度再繼續開采。

從多年違法開采的分布范圍來看，有逐年加大的趨勢，幾乎遍及整個廣東省，南到陽江市、北到韶關市、西到肇慶市、東到潮州市，中部珠三角地區的江門市、深圳市都有分布，一方面表明廣東省稀土礦分布廣泛，另一方面也增加了稀土礦監測的難度。

（3）開采工藝改變、隱蔽性強、監測難度加大

從開采方式來看，2010～2013年度，稀土礦開采方式主要為池浸法、原地堆浸法，原地浸礦法較少，而從2014年的調查結果看，原地浸礦法已成為廣東省稀土礦的主要開采方式。這種開采方式通過打孔注液，然后回收稀土礦液的方式進行開采，不破壞植被或山體，沉淀池又多位于山谷處，位置隱蔽，遙感影像上表現不明顯，且地點多處于偏遠山區，交通不便，野外驗證難度大，遙感監測的整體難度也相應加大。

4 存在問題與對策建議

4.1 存在問題

（1）稀土礦的開采具有周期短、速度快的特點，一年一期的遙感監測難以滿足需求，往往年底野外調查時，已開采完畢，同時隨著礦產衛片執法的開展，違法開采人員越來越了解礦產衛片執法的方式、時間等，往往采取各種方式逃避衛片執法的打擊，如覆蓋保護膜、在年底野外調查時撤出人員、機械，而過了這段時間又重新開工。這些都導致違法主體不明，衛片執法難度加大。

（2）稀土礦開采越來越向偏遠山區轉移，山高林密，交通不便，且開采方式采用原地浸礦法，隱蔽性更強，給遙感監測帶來極大難度。

4.2 對策建議

（1）針對稀土礦開采周期短、速度快的特點，建議開展動態監測，哪個區域收集到數據，哪個區域就優先開展遙感監測，不必等到全省數據都收集完畢再開展，爭取每年能有3～4次的監測。隨著國產衛星數據越來越多，如資源一號02C、高分系列、資源3號、天繪系列、遙感系列衛星等，遙感數據獲取的能力越來越大，這一需求完全能夠滿足，也能極大地促進國產衛星的應用。

（2）針對稀土礦開采地點偏僻、隱蔽性強的問題，建議在稀土礦集中分布區開展低空無人機遙感監測。低空無人機遙感技術具有機動靈活性、快速反應能力和低運行成本等優勢，正逐步成為航空和航天遙感系統的有益補充，特別是在小范圍、多云多雨地區、已有光學遙感數據精度不高地區的遙感應用中能發揮相當重要的作用[22]。

5 結論

本文以廣東省多年礦產衛片成果為基礎，論述了稀土礦違法開采遙感調查的技術路線和技術方法，并總結了廣東省2010年到2014年度稀土礦違法開采特征、變化趨勢以及存在問題和建議，得出如下結論：

（1）遙感調查方法已成為稀土礦監測的最主要和有效方式，采用遙感調查方法能夠快速、準確獲取大面積的稀土礦開采狀況，為礦政管理部門整頓稀土礦開發秩序提供第一手資料，有力打擊稀土礦違法開采現象。

（2）廣東省稀土礦違法開采總體呈加劇、減弱、再反彈的趨勢，疑似違法開采圖斑點多、分布廣，但持續違法少，近兩年開采方式和地點更為隱蔽，遙感監測難度加大。

（3）稀土礦開采具有周期短、速度快的特點，如能采用國產衛星縮短監測周期，將進一步發揮遙感在稀土礦違法開采監測中的作用，也能極大促進國產衛星的發展和應用。

（4）低空無人機遙感能對地點偏僻、開采方式隱蔽、已有航天遙感數據精度不高地區的稀土礦違法開采監測發揮重要作用。

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