廣東大寶山多金屬礦開發環境遙感監測與礦山地質環境評價

王耿明， 朱俊鳳， 武國忠， 朱 鑫， 吳海陸

(廣東省地質調查院，廣州 510080)

廣東大寶山多金屬礦開發環境遙感監測與礦山地質環境評價

王耿明， 朱俊鳳， 武國忠， 朱 鑫， 吳海陸

(廣東省地質調查院，廣州 510080)

基于礦山環境遙感監測技術方法，開展廣東曲江大寶山多金屬礦開發環境遙感動態監測，獲取礦山占地情況、礦山地質災害、礦山環境污染、礦山環境恢復治理基礎數據。在礦山水體污染、礦山土壤污染、礦山固體廢棄物和礦山地質環境恢復治理4個方面評價大寶山礦山地質環境。通過礦山地質環境綜合評價，提出礦山地質環境恢復治理對策與建議，為綜合整治礦區環境提供參考。

大寶山； 遙感； 監測； 礦山地質環境

0 引言

近年來，隨著生態文明建設的深入開展，礦山開發引起的環境問題愈發得到全社會的關注，礦山開發不可避免侵占大量土地、破壞和污染青山綠水，造成嚴重的礦山地質災害隱患。尤其是大中型金屬礦山露天開采采場變化較大，固體廢棄物越來越多，水土流失日益嚴重，金屬礦山地下開采“三廢”排放量較大，尾礦庫庫容不斷變化。這些都時刻危害著當地人民的生產、生活。

當前遙感技術發展日新月異，國產衛星應用如火如荼，遙感具有信息量大、宏觀、動態、綜合、快速、多層次、多時相、高效率等優點，利用遙感技術進行礦山調查與監測省時、省力，大大提高效率和質量[1]。當前，利用亞米級遙感數據動態監測廣東大寶山多金屬礦開發環境，在國內尚未開展。

這里利用最新高分WorldView2遙感數據，結合野外地質調查，選取大寶山多金屬礦開展1:50000礦山環境監測，研究礦山開發占地、礦山地質災害及隱患、礦山環境污染、礦山環境恢復治理的表現特征和分布規律，分析評估礦業活動對生態環境的影響和破壞情況，開展礦山地質環境評價，提出生態環境恢復治理對策與建議。

1 研究區與數據源

廣東大寶山多金屬礦是廣東省大型露天開采綜合性現代化礦山，是一座大型鐵多金屬伴生礦床。由于多年大規模露天合法開采和小型違法盜采，礦山開發占用大量林地、耕地，礦山水體污染非常嚴重，同時礦山地質災害時有發生，給礦區人們生命財產帶來很大危害[2]。大寶山礦區包括廣東省大寶山礦業有限公司大寶山多金屬礦1個采礦權、國營鐵龍林場礦業開發總公司鐵龍鐵礦2個采礦權，主要開采鐵礦、銅礦、硫鐵礦、鉛鋅礦。

研究數據源采用2013年度廣東省土地變更遙感數據，該套數據以高分辨率衛星影像為主，國產衛星數據占比例較高，數據精度滿足要求，數據類型以WorldView1、WorldView2、天繪一號、RapidEye為主，空間分辨率主要為0.5 m～5 m，數據獲取時相主要為9月至12月[3]。其中大寶山多金屬礦在韶關市曲江區境內為WorldView2數據，在韶關市翁源縣境內為RapidEye數據。

2 技術方法

技術方法包括技術路線和技術方法。

2.1 技術路線

采取人機交互解譯與人工目視解譯、內業遙感解譯與外業實地調查相結合的技術路線，對廣東大寶山多金屬礦開展礦山環境遙感調查與監測，開展遙感監測成果綜合研究與評價。礦山開發環境遙感監測技術流程主要包括：①資料收集與整理；②建立遙感解譯標志；③圖像處理；④監測底圖生產；⑤信息提??；⑥實地調查；⑦成果圖件編制；⑧統計分析；⑨成果入庫(圖1)。

圖1 遙感監測技術路線圖Fig.1 The technique route chart of remote sensing surveillance

2.2 技術方法

1)收集礦山地質環境資料，總結歸納存在的礦山地質環境問題，選擇2013年度土地變更遙感數據，以ArcGIS10.2為平臺，野外踏勘建立礦山地物解譯標志，解譯提取礦山地質環境遙感信息，主要提取礦產資源開采點(或面)位置(井口、硐口、露天采場、活動采區)、開采狀況(開采、停產或關閉)、開采礦種(鐵、銅等)、開采方式(露天、地下、聯合)，重點監測礦山開發占地、礦山地質災害及隱患、礦山環境污染、礦山環境恢復治理4項內容，遙感動態監測：①礦山開發環境、②地表覆蓋環境、③礦山地質環境。

2)通過對室內解譯圖斑按10%比例開展野外實地驗證，修改完善遙感解譯成果。

3)開展解譯成果匯總統計，進行綜合分析與綜合研究，編制成果圖件，對大寶山礦山地質環境存在問題和特征規律進行深入研究，開展礦山地質環境評價[4-5]。

3 遙感監測結果

遙感監測結果包括礦山開發占地、礦山地質災害及隱患、礦山環境污染和礦山環境恢復治理。

3.1 礦山開發占地

根據遙感監測結果：大寶多金屬礦礦山開發占地總計578.96 hm2，占廣東省礦山開發占地的2.26%[5]。礦山開發占地按類型統計：①采場占地174.05公頃，占地比例30%，其中大寶山多金屬礦采場占地167.29 hm2、鐵龍鐵礦采場占地6.76 hm2；②中轉場地占地19.61 hm2，占地比例3%，中轉場地包括礦石堆、選礦廠、洗礦池等，合計51個，其中銅礦礦石堆占地7.08 hm2；③固體廢棄物占地面積最大，為379.96 hm2，所占比例高達66 %，固體廢棄物包括排土場、廢石堆、尾礦庫等，合計17個，59%的固體廢棄物分布在李屋排土場和內排土場；④尾礦庫面積134.44 hm2，占固體廢棄物的35.4%，其中礦區北部槽對坑尾礦庫占地59.55 hm2，南部李屋攔泥庫占地74.89 hm2；⑤礦山建筑占地面積5.34 hm2，占地比例1%，礦山建筑物合計103座(圖2)[6]。

圖2 大寶山多金屬礦礦山開發占地遙感監測圖Fig.2 The remote sensing surveillance chart of mine impropriate soil in Dabaoshan mine

圖3 大寶山多金屬礦礦山地質災害及隱患遙感監測圖Fig.3 The remote sensing surveillance chart of mine geologic disaster in Dabaoshan mine

3.2 礦山地質災害及隱患

根據遙感監測和地面調查結果：大寶多金屬礦礦山地質災害及隱患分布合計16個(次生地質災害6個、地質災害隱患10個)，主要為滑坡、崩塌和泥石流3類，其中滑坡分布9個、崩塌分布2個、泥石流分布5個，影響對象主要為道路、采場、選礦廠和礦山建筑。其中，排土場分布地質災害10個、尾礦庫分布地質災害4個、采場分布地質災害2個，研究表明,礦區需要重點監測排土場的滑坡、泥石流，尾礦庫的泥石流、滑坡，采場的滑坡、崩塌(圖3)。實地調查表明，大寶山礦區存在三處較大礦山地質災害隱患：①李屋排土場存在重大滑坡隱患，危害對象為作業鉤機和李屋攔泥壩；②槽對坑尾礦庫庫容已滿，存在較大潰壩危險，影響對象為尾礦壩、沉淀池；③李屋攔泥庫存在較大泥石流隱患，危害對象為污水廠和下游村莊農田。

3.3 礦山環境污染

根據遙感監測結果：大寶多金屬礦礦山環境污染主要為水體污染和土壤污染(主要為粉塵污染)，其中,水體污染8處、粉塵污染4處。①水體污染占地總面積為143.59 hm2，廢水6處、廢渣2處，主要污染源為排土場和尾礦庫，其中李屋攔泥庫水體污染最為嚴重，通過簡單污水處理后直接排往橫石水系，影響下游翁源縣、英德市村民的生活生產用水;②粉塵污染占地總面積為35.48 hm2，其中開采揚塵2處、運輸揚塵1處、選礦揚塵1處，運輸、選礦揚塵對礦山辦公和生活人員影響較大，特別是銅礦選礦廠位于礦區必經之路，危害過往車輛和人員(圖3)。

3.4 礦山環境恢復治理

根據遙感監測和地面調查結果,大寶多金屬礦礦山恢復治理工程一共9處，恢復治理工程占地總面積為18.28 hm2。其中,中央財政安排恢復治理工程3處(分別為東北部堆土場、中東部堆土場和南部堆土場)，礦山自籌安排恢復治理工程6處。研究表明,恢復治理滑坡4處，廢石堆3處，泥石流1處，采場1處。實地調查發現，礦區對主要礦區道路兩側的廢石堆、滑坡的恢復治理投入較多，而對閉坑采場、排土場恢復治理比較滯后，僅有1處廢棄臺階監測到復綠工程，其他采場臺階基本未復綠，李屋排土場大面積巖石裸露，未見明顯復墾綠化(圖2)。3處主要礦山地質環境治理工程分別為東北部、中東部和南部堆土場，都為廢棄堆土場，治理措施主要為修坡整地、支擋、排水、土壤改良及種植綠化等(圖4)。

4 礦山地質環境評價

礦山地質環境評價包括礦山水體污染評價、礦山土壤污染評價、礦山固體廢棄物評價、礦山地質環境恢復治理評價和礦山地質環境綜合評價。

4.1 礦山水體污染評價

大寶山多金屬礦水系主要分布有3條：①東側凡洞河；②西側沙溪河；③西南小溪流經涼橋。3條河流最終匯入北江。目前礦區主要廢水治理設施有槽對坑尾礦庫和鐵龍攔泥壩等8座攔泥壩(尾礦壩)、9個沉淀池等。礦區排放的廢水pH，SS及鉛、鋅、錳等重金屬超標嚴重，從排土場、尾礦庫流出的廢水為下游灌溉和飲用水的來源，對下游翁江以及北江清遠段、佛山段飲用水源保護區水質造成較為嚴重的影響。對下游的涼橋村、上壩村等村莊的農田灌溉在成了不良的印象，農作物減產或富集大量重金屬后影響食用者的身體健康[7]。

圖4 大寶山多金屬礦主要礦山地質環境治理工程遙感監測圖Fig.4 The remote sensing surveillance chart of primary mine environment resume project in Dabaoshan mine(a)東北部堆土場遙感影像及野外照片；(b)中東部堆土場遙感影像及野外照片; (c)南部堆土場遙感影像及野外照片

4.2 礦山土壤污染評價

大寶山礦區土壤重金屬污染情況嚴重，含量表現為：露采區〉尾礦庫〉排土場〉生產生活區。采礦廢石和選冶尾礦中硫化物，暴露于地表經氧化作用，形成酸性礦山排出物，土壤呈強酸性，pH值較低，特別是采礦場和棄土棄石棄渣堆放場；土壤的營養元素含量普遍偏低，有機質含量以各排土場最低，礦區土壤的化學性質普遍較差；礦區土壤物理性狀也比較差，露采區通常含石礫比較多，而且容易造成板結，土壤保水、保肥能力很差[8]。

4.3 礦山固體廢棄物評價

大寶山礦固體廢棄物堆存總量約2 000 wt，占地約250×104m2是造成下游河段重金屬超標的源頭。企業采選作業過程中產生的固體廢棄物主要有：基建、采礦剝離的棄土、棄石、棄渣和選礦產生的尾礦。礦區產生的棄土、棄石、棄渣主要集中堆放在李屋排土場和內排土場，小部分堆放在東華攔泥庫和施工跡地內廢石堆場，尾礦堆放點為槽對坑尾礦庫[9]。固體廢棄物導致了對水、土壤的重金屬污染，主要污染元素為Cd、Cu、Pb、Zn等，其中銅、鎘、鋅超標嚴重。

4.4 礦山地質環境恢復治理評價

監測與實測結果表明，大寶山礦區礦山環境治理恢復治理比率偏低，未見大面積復墾綠化，尤其是采場臺階、李屋排土場基本未復綠，前期復綠死苗較多，巖石、土壤長期裸露嚴重，恢復治理投入不足。但重點工程恢復治理效果較好，工程完成率、植被存活率較高。重點礦山地質環境治理工程可分3大類型：①治理水土污染的清污分流工程與污水處理系統工程，治理涉及面積達12.16 km2；②南部排土場、中東部堆土場及東北部堆土場的崩塌、滑坡、泥石流的治理、復綠面積達0.36 km2；③露天采場采空區地面塌陷治理，面積約1.6 km2。以上三類治理面積合計為14.12 km2。遙感監測結果表明，以上3類治理工程全部完成，完成率為100%。

4.5 礦山地質環境綜合評價

在大寶山多金屬礦遙感監測成果基礎上，依據要素指標加權分值綜合評價模型，根據權重值采用層次分析法(AHP法)基于ArcGIS平臺對礦山地質環境質量優劣做出定性或定量評價，并對其評價結果進行等級劃分，其中重要性標度根據專家打分和經驗數據獲得。根據地質、環境、礦產、遙感等領域15位專家組成的專家組確定的各評價指標的權重為最終的評價指標權重。選取20個評價指標建立礦山地質環境評價指標體系，從①自然地理；②基礎地質；③礦山開發對環境的影響；④礦業活動有關的環境影響等4個方面對大寶山多金屬礦進行礦山地質環境綜合評價，將礦山地質環境劃分為：①嚴重影響區；②較嚴重影響區；③一般影響區；④無影響區4類，其中嚴重影響區8個、較嚴重影響區6個、一般影響區13個，其余的為無影響區(表1、圖5)[10]。

表1 大寶山多金屬礦礦山地質環境評價指標體系Tabl.1 The mine geology environment appraise index system of Dabaoshan mine

5 對策與建議

5.1 生態恢復治理對策

1)對于大寶山礦土壤層原生裸地建議采取客土覆蓋措施，保證有足夠的土壤層為植被的恢復提供基本養分。

2)對于礦區排土場、廢石堆、開采面等重金屬超標區域，除了地面覆蓋適量的土壤外，還需要采用進一步的改良土壤方法，添加熟石灰和糞肥顯著改善礦區土壤質量，降低重金屬含量及其毒性，鋪地黍和泡桐屬于Pb和Cu的超富集植物，象草、馬尾松等對重金屬復合污染脅迫的耐性較強[11]。

圖5 大寶山多金屬礦礦山地質環境評價圖Fig.5 The mine geology environment appraise chart of Dabaoshan mine

5.2 水土流失治理建議

大寶山礦區水土流失治理重點是鐵礦露采區、銅礦露采區、棄土棄渣堆、李屋排土場，治理關鍵是復墾綠化[9]。鐵礦露天開采區根據閉坑后的階梯狀采面布置排水系統，沿著平臺的內側設置截水溝，平臺在覆土后種植喬灌植被，其行間需要混合著種植草木，再在空閑區撒播草苗，平臺外沿和截水溝內側還需要種植攀緣類植被。銅礦露天開采區為早期開采區，已廢棄，建議先對采面邊坡進行治理，坡腳建立擋土墻防治地災，臺階面上設計排水溝，再對邊坡平臺回填一定的土壤，同樣采取種植喬、灌、草三類植被，營造混交林鞏固治理效果[12]。

5.3 礦山環境影響區治理建議

1)嚴重影響區地質環境影響大，建議優先治理，優先治理李屋活動排土場、槽對坑尾礦資源利用區、槽對坑尾礦排水區、李屋攔泥壩6個嚴重影響區。

2)對李屋排土場、槽對坑尾礦庫、李屋攔泥庫3個較嚴重影響區，需要重點治理李屋排土場地質災害、水土流失、土壤污染，重點治理槽對坑尾礦庫滑坡地質災害、水體污染，重點治理李屋攔泥壩泥石流地質災害、水體污染。

3)大寶山多金屬礦采場、鐵龍鐵礦采場2個較嚴重影響區為礦產資源集中開采區，影響較大，問題突出，需要加強治理力度。

4)對13個一般影響區，由于分布廣，涉及面積大，同樣需要加大力度區恢復治理，需要加強治理地質災害和水土流失[3]。

5.4 動態監測與效果評價

大寶山多金屬礦礦山地質環境能否得到真正治理恢復，需要長期、持續地遙感動態監測，對已開展的治理恢復工程進行定點觀測，通過對遙感動態監測與地面調查觀測兩組數據進行對比分析，全面、準確評價礦山地質環境治理恢復效果[12]。遙感監測為綜合整治礦區環境提供決策依據，建議加強整治礦區環境、提高資源利用率，按年度開展遙感動態監測[3]。

6 結論

1)大寶山多金屬礦礦山地物占地總計為578.96 hm2，采場占地為174.05 hm2，中轉場地占地為19.61 hm2，固體廢棄物占地為379.96 hm2，其中尾礦庫面積為134.44 hm2，礦山建筑占地面積為5.34 hm2。大寶山多金屬礦分布礦山地質災害及隱患16個，主要為滑坡、崩塌和泥石流三類，其中滑坡分布9個、崩塌分布2個、泥石流分布5個。大寶多金屬礦分布礦山水體污染8處、礦山粉塵污染4處，水體污染占地總面積為143.59 hm2，粉塵污染占地總面積為35.48 hm2。大寶多金屬礦礦山恢復治理工程9處，恢復治理工程占地總面積為18.28 hm2，其中重點恢復治理工程3處。

2)通過大寶山礦山地質環境綜合評價，建立礦山地質環境評價指標體系，對大寶山多金屬礦進行礦山地質環境綜合評價，將礦山地質環境劃分為嚴重影響區、較嚴重影響區、一般影響區和無影響區4類，其中嚴重影響區8個、較嚴重影響區6個、一般影響區13個，其余的為無影響區。

3)對大寶山多金屬礦生態恢復治理、水土流失治理、礦山環境影響區治理三個方面提出對策與建議。通過遙感動態監測與地面調查對比分析，全面、準確評價礦山地質環境治理恢復效果，按年度對大寶山礦區開展遙感動態監測。

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The remote sensing surveillance and mine geology environment appraise of mine environment in Dabaoshan mine in Guangdong province

WANG Gengming， ZHU Junfeng， WU Guozhong， ZHU Xin， WU Hailu

(Guangdong Province Institute of Geological Survey，Guangzhou 510080，China)

The article develops remote sensing surveillance of mine environment in Dabaoshan mine in Guangdong province, achieve the basal data of mine impropriate soil and geologic disaster and environment pollution and environment resume, and basis the remote sensing surveillance technology and measure of mine environment. We appraise Dabaoshan mine remote sensing surveillance based on mine water pollution and soil pollution and solid rejectamenta and geology environment renew. The article advance mine geology environment renew countermeasure and suggession. This can be used for mine geology environment compositive appraise, the sake of affording decision-making foundation of repair mine environment synthetically,and wish the remote sensing which regard as a technique sustentation can better serve the mine geology environment surveillance and appraise.

Dabaoshan； remote sensing； surveillance； mine geology environment

2016-01-28 改回日期：2016-05-16

中國地質調查局項目(12120115059701)

王耿明(1983-)，男，高級工程師，主要從事礦山開發環境、地質礦產、水工環、國土資源領域遙感與測繪地信研究，E-mail：1570000867@qq.com。

1001-1749(2017)01-0122-07

P 627

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.01.18