新疆地區礦產開采強度變化遙感分析

馬世斌，張焜，皮英楠，王佳，劉錦秀

(1.青海省地質調查院，西寧 810012；2.青海省青藏高原北祁連地質過程與礦產資源重點實驗室，西寧 810012；3.青海省遙感大數據工程技術研究中心，西寧 810012)

0 引言

眾所周知，礦產資源開采是一個不斷變化和發展的動態過程，僅通過某一時間點的開發狀態及開采程度的調查，只能反映其開采過程中的某一狀態值，不能切實掌握礦產資源開采的發展趨勢問題。礦產資源開采強度的提出能夠較好地詮釋礦產資源開采的動態過程，它包含了礦產資源開采時的速度、開采規模的尺度、開采的頻度、相關資源的變化等動態變化的過程，能夠反映出區域內礦產資源開采的集中分布情況、開發程度及變化情況等。通過對礦產開采強度變化的分析研究，可以為新疆維吾爾自治區礦產資源合理開發利用規劃、統籌區域經濟發展等提供重要決策數據和技術支撐。

目前，國內外對于資源開發強度的研究主要集中在國土開發與城市土地規劃方面，多數以礦山開發對周邊環境的分析評價為主[1-9]，對礦產資源開采強度方面的研究報道較少。雖然路云閣等[10]從礦權、開采點(面)和礦山開發占地三方面的指數構建對西藏東部地區的礦產資源開發強度進行了評價研究，但評價指數中權系數的賦值主觀性很強，并且實際操作比較復雜；王海慶等[11]對西藏自治區各區縣2016、2017年礦產開采強度以及開采強度變化情況進行了評價，雖然方法簡單，較易實現，但該方法只針對不同行政區的開采強度對比分析，對不同礦山而言卻未提及，且僅用一項參數來衡量開采強度，實屬過于單一、片面化，特別是在開采強度變化的應用中未考慮行政區內礦山環境恢復治理要素。

礦山挖損、壓占土地和礦山環境恢復治理是礦產資源開發勢必存在的兩種要素[12]，而年度新增礦山占損土地、新增礦山恢復治理是礦產資源持續開采過程中的產物[13-14]，能夠反映出區域內礦產資源開采的集中分布情況、開發程度及變化情況，即在一定程度上能夠反映出年度內礦產資源開采的強弱程度。據此，本文嘗試利用遙感技術手段通過對新疆地區年度新增礦山占損土地和新增礦山恢復治理面積的調查，對該區礦產資源開采強度進行分析研究，為新疆地區礦產資源開發利用規劃、統籌地方經濟發展提供決策依據。

1 研究區概況

新疆維吾爾自治區地處中國西北邊陲，總面積166萬km2，國內與西藏、青海、甘肅等省區毗鄰，周邊與蒙古、俄羅斯等八個國家接壤，是中國面積最大、交界鄰國最多、陸地邊境線最長的省區。

據相關資料統計，新疆地區現已發現4 000多處礦產地，各類礦產138種，占全國已發現171種礦產的80.70%，已查明儲量的礦產有94種，其中，居全國首位的有5種、居第二位的有12種、居前五位的有27種、居前十位的有41種。礦產資源主要分布在“三山兩盆地”中，其中石油、天然氣、煤炭、鉀鹽等主要分布在沉積盆地中，鐵礦主要集中分布在天山，銅、鎳、金等主要分布于阿爾泰山和東天山。

據相關統計資料顯示[15-17]，2015—2017年持續三年，新疆地區因礦產資源開發而損毀土地的面積一直名列全國陸域31個省份的前五，而礦山環境恢復治理程度則較弱，排名一直處于后幾位，表明新疆地區礦產開采強度一直比較高，且近年來新疆地區礦山開發利用的整體規模和強度逐年增大，礦山開發挖損、壓占土地的面積呈同步增長趨勢，特別是新疆南部地區表現尤為突出[18-19]。

2 調查方法

2.1 數據源及提取方法

本文以中國地質調查局部署的“全國礦山環境恢復治理狀況遙感地質調查與監測”項目為基礎，為體現年度變化調查成果以及保證調查成果數據的精度和準度，獲取了新疆地區2018年度采礦用地矢量數據(該數據源于2018年滿足項目要求的9—10月份衛星遙感數據)和2019年度時間跨度整一年的遙感數據。其中，遙感數據以國產衛星數據為主，空間分辨率主要為優于2 m的高分一號(GF-1)、資源三號(ZY-3)和優于1 m的高分二號(GF-2)，數據質量滿足《礦產資源開發遙感監測技術規范(DZ/T 0266—2014)》等技術規范的相關要求[20-24]。

主要技術流程為以建立的遙感解譯標志為信息提取基礎，以2019年國產衛星數據為數據源，以2018年采礦用地矢量數據為本底，采取遙感數據與矢量本底數據相結合、室內人機交互解譯與野外實地查證相結合的方法開展新疆維吾爾自治區2018年新增礦山占損土地和新增礦山恢復治理信息的提取。

2.2 礦產開采強度變化指數構建

如前文所述，年度新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積的關系在一定程度上能夠反映出年度內礦產資源開采強度的強弱信息。就單個礦山而言，在單位時間內出現與礦山開發相關的新增礦山占損土地在一定程度上預示該礦山的礦產資源開采強度增強，而新增礦山占損土地面積的大小則在一定程度上反映出該礦山礦產資源開采的增強程度；反之，在單位時間出現新增礦山恢復治理則說明該礦山的礦產資源開采強度減弱。因此，本文使用新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積的差值與新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積之和的比值來構建出基于單個礦山的礦產資源開采強度變化指數，表達如式(1)所示。

(1)

式中：IM為某礦山開采強度變化信息；AKF為該區域新增礦山占損土地面積；AGC為該區域新增礦山恢復治理面積。

所構建的基于單個礦山的礦產開采強度變化指數，不僅涉及的參量少，而且通過遙感技術手段獲取的參量信息真實、客觀，不但突出了客觀性，而且算法簡單、易于實現，并能反映出區域內不同礦山企業的礦產資源開采強度變化情況。

然而，對于不同行政區，尚需結合行政區國土面積才能較為客觀地反映不同行政區礦產資源開采強度變化情況。使用新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積的差值與行政區國土面積的比值來構建出基于不同行政區的礦產資源開采強度變化指數，表達如式(2)所示。

(2)

式中：IA為某行政區開采強度變化信息；AKF為該區域新增礦山占損土地面積；AGC為該區域新增礦山恢復治理面積；A1為行政區國土面積。

2.3 礦產開采強度變化指數分級

由構建的單個礦山礦產開采強度變化指數可知，IM的取值區間為[-1，1]，根據區域內新增礦山占損土地和新增礦山恢復治理的面積，可將新疆地區不同礦山的礦產資源開采強度分為強、較強、一般、不變和弱五類。具體分級指標如表1所示。其中，當IM=1時，表明該區域年度內只存在新增礦山占損土地，將礦產資源開采強度歸為強等級；當0

由構建的行政區礦產開采強度變化指數可知，IA的取值區間為(-1，1)，根據區域內新增礦山占損土地、新增礦山恢復治理及行政區國土面積，可將新疆地區不同行政區的礦產資源開采強度分為強、較強、一般、不變和弱五類。具體分級指標如表2所示。其中，當00時，將行政區開采強度歸為較強等級；當-10時，將行政區開采強度歸為一般等級；當IA=0時，將行政區開采強度歸為不變等級；當-1

表1 單個礦山開采強度分級指標

表2 行政區開采強度分級指標

3 結果與分析

3.1 調查結果

根據獲取的2019年國產衛星數據和2018年采礦用地矢量數據，開展了新疆地區2018—2019年新增礦山占損土地和新增礦山恢復治理信息的提取工作。結果表明：2019年礦山企業數量5 155個(具有采礦許可證的礦山數量)；2018—2019年間新疆地區新增礦山占損土地面積5 937.75 ha，涉及礦山企業數量1 060個；新增礦山恢復治理面積4 230.59 ha，涉及礦山企業數量493個(表3)。

表3 開采強度變化一覽表

3.2 礦山開采強度變化

通過2019年新疆地區各個礦山的礦產資源開采強度變化指數的計算，結果表明：2018—2019年新疆地區礦產開采強度變強的礦山數量有1 073個，地域上主要分布在若羌縣、庫爾勒市、伊州區、富蘊縣等區縣；開采強度變較強的礦山數量10個，主要分布在莎車縣、烏什縣、鄯善縣等區縣；開采強度變化一般的礦山數量20個，主要分布在疏附縣、新源縣；開采強度不變的礦山數量3 589個；開采強度減弱的礦山463個，主要分布在疏勒縣、疏附縣、喀什市、伊寧縣等區縣。

通過對各個礦山礦產開采強度變化指數的計算，結合GIS分析可反映出新疆地區不同礦山的礦產開采強度變化分布情況。

3.3 各縣開采強度變化

計算結果表明：2018—2019年間礦產開采強度變強的區縣有13個，分別為白堿灘區、伊吾縣、烏爾禾區、鐵門關市、昌吉市、奎屯市、裕民縣、哈巴河縣、和田縣、木壘哈薩克自治縣、若羌縣、托里縣和布克賽爾蒙古自治縣；開采強度變較強的區縣有42個，其中排列前五的為吉木薩爾縣、伊寧縣、圖木舒克市、托克遜縣、奇臺縣；開采強度變化一般的區縣有39個，其中排列前五的為岳普湖縣、精河縣、新和縣、麥蓋提縣和英吉沙縣；開采強度不變的區縣有4個，分別為天山區、沙雅縣、昆玉市、阿拉爾市；開采強度減弱的區縣有6個，分別為烏蘇市、塔什庫爾干塔吉克自治縣、北屯市、和田市、獨山子區和新市區。

從上述計算結果可以看出，新疆地區90.38%的區縣礦產資源開采強度呈現增大的趨勢。其中，礦產開采強度變強的區縣數量占新疆地區104個區縣的12.50%；開采強度變較強的區縣占比為40.38%；開采強度變化為一般的區縣數量占比為37.50%；開采強度不變和變弱的區縣數量占比只有9.62%。

3.4 各地市開采強度變化

計算結果表明：2018—2019年間礦產開采強度變較強的地市有9個，分別為吐魯番地區、昌吉回族自治州、塔城地區、哈密地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、巴音郭楞蒙古自治州、克拉瑪依市、阿勒泰地區和阿克蘇地區；開采強度變化一般的地市有6個，分別為省直轄單位、和田地區、烏魯木齊市、喀什地區、伊犁哈薩克自治州和博爾塔拉蒙古自治州。

可以看出，2018—2019年間新疆地區各地市的礦產資源開采強度均呈增大的趨勢，表明新疆地區礦山開發利用的整體規模和強度呈逐年增大的趨勢。

4 結束語

本文使用新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積的差值與新增礦山占損土地面積和新增礦山恢復治理面積之和的比值構建的單個礦山礦產資源開采強度變化指數，涉及參量少，參量數據真實客觀，算法簡單、易于實現；對于不同行政區所構建的礦產資源開采強度變化指數，充分結合了行政區國土面積，能夠更加客觀地反映行政區礦產資源開采強度變化。分析結果表明：2018—2019年間，新疆地區的礦產開采強度呈增強的趨勢。就單個礦山而言，新疆地區有1 073個礦山的礦產開采強度變強，有463個礦山開采強度減弱；就不同區縣而言，礦產開采強度增強的區縣有94個，其中，裕民縣、伊吾縣、烏爾禾區、托里縣、鐵門關市、若羌縣等13個區縣是礦產開采強度增強最多的縣，新市區、烏蘇市、塔什庫爾干塔吉克自治縣等6個區縣是礦產開采強度減弱最多的縣(區)；就不同地市而言，新疆地區各地市的礦產資源開采強度均呈增大的趨勢。本文中礦山企業的數量是根據采礦許可證統計得來，并未考慮新疆地區未取得采礦許可證的違規礦山數量。據相關資料表明，新疆地區未取得采礦許可證的礦山數量不在少數，并以砂石土違規開采礦山數量居多。因此，針對該類礦山數量的統計尚需進一步開展相應的調查工作才能實現。此外，文中僅從新增礦山占損土地和新增礦山恢復治理這兩個方面的要素構建了單個礦山礦產開采強度變化指數，雖然能夠較為客觀地反映出區域礦產開采強度變化的問題，但也存在一定的不足，如不同開采方式的礦山在采礦用地占用量方面是不同的，該如何構建更好的礦產開采強度指數，以更為客觀地反映不同礦山的開采強度變化趨勢是下一步急需開展的研究工作。