高分衛星遙感助力云南省地質礦產綠色勘查技術創新與應用

文|李穎 王力 李雁 李衛海 王艷英 譚玉榮 陳晨 劉錢威

1.高分辨率對地觀測系統云南數據與應用中心

2.國家國防科技工業局重大專項中心

3.云南省核工業二〇九地質大隊

一、引言

云南省位于中國西南部，地處云貴高原，數億年來地域表層經過了一系列的地殼運動，成礦條件優越[1]。地質資源種類繁多，礦產資源極為豐富，尤以有色金屬及磷礦著稱，被譽為“有色金屬王國”，是得天獨厚的礦產資源寶地。同時云南省地形地貌復雜，氣候類型多樣，擁有豐富的生物多樣性和獨特的生態環境，是中國重要的生態保護區域。

2015 年以來，云南始終努力建設成為我國生態文明建設排頭兵，筑牢國家西南生態安全屏障。習近平總書記在全國生態環境保護大會上指出，繼續推進生態文明建設，必須以新時代中國特色社會主義生態文明思想為指導，正確處理高質量發展和高水平保護的關系。結合《云南省礦產資源總體規劃（2021-2025 年）》的礦產資源開發總體要求，在傳統礦產資源開發向戰略性礦產資源開發轉變的形勢下，在礦產資源開發利用率不斷提升和礦業綠色發展的共同要求下，要依然堅持以地質找礦為基礎，通過技術創新保障能源供給，促進資源高效利用，實現云南省礦業資源的高質量綠色發展。

隨著時代的發展，遙感技術在地質上的應用也在不斷更新。從航空遙感到衛星遙感，從黑白航空攝影到多光譜遙感、高光譜遙感、雷達遙感以及時空數據一體化[2]。隨著分辨率的提高，數據獲取的準確性和時效性也在不斷提升。目前遙感技術逐漸實現大范圍、高分辨率的地質信息提取，為地質勘查、資源調查、綠色勘探提供了更有力的支撐。

二、云南省地質礦產資源開發背景

云南省現已發現的礦產有143 種，已探明儲量的有86 種。金屬礦遍及108 個縣（市），煤礦在116 個縣（市）發現，其他非金屬礦產各縣都有。同時云南有61 個礦種的保有儲量居全國前10 位，其中鉛、鋅、錫、磷、銅、銀等25 種礦產含量分別居全國前3 位[3]。云南礦產資源具有多樣性、富集性、區域分布性、生態環境敏感性的特點[4-6]。這些特點為云南省的礦產開發提供了機遇和挑戰，需要在保護環境、實現可持續發展的前提下，合理利用和開發礦產資源。在礦產開發過程中，需要特別關注生態環境保護和生態恢復，以保護珍稀瀕危物種和生態系統的完整性。

在實現資源保障與生態文明共贏的要求下，云南省地質勘探工作存在一些問題。

1）勘探范圍小，地質信息不完善。云南省地域遼闊，地形多變，地質構造復雜，很多山區無法到達，勘測難度大；導致地質調查和勘探工作相對滯后，地質信息不完善。傳統的地質地貌測量只能根據地質圖布置線路，工程師前往踏勘取樣，碰到懸崖峭壁、深溝則無法通過，由此將耗費大量的人力、物力和財力成本。

2）不規范或非法采礦失察。造成農田植被破壞，棄渣隨意亂堆，壓占河道農田，引發水土流失、排洪不暢、滑坡泥石流等事故。

3）生態環境受損。云南省的眾多礦產資源分布在生態環境敏感區域，礦產資源勘探和開發可能會對生態環境造成破壞。

4）礦山環境相關統計數據數字化程度不足。成果的時相一致性、真實性難以評價，不利于礦產資源管理。因此，云南省在礦產開發中必須注重綠色勘探和環保技術應用，以實現礦產資源的可持續利用。

高分專項自2010 年5 月正式啟動實施，至2022 年高光譜綜合觀測衛星的成功發射，所有高分衛星已實現在軌運行，地面系統穩步推進，性能穩定，數據應用廣泛，國產高分辨率衛星數據替代比率已近90%[7]。目前，高分衛星遙感數據已用于地質勘探工作的多個方面。相較于傳統勘測技術，衛星遙感具有非接觸、宏觀獲取信息的優勢，大范圍獲取地形、地貌、植被覆蓋等地表信息，可以用于礦產資源的初步識別和勘探。由于其高分辨率特點，也能揭示微觀構造、地層、巖漿巖和礦化蝕變等信息，協助地質工作者發現礦床的潛在位置，使地質工作更加便利。與傳統技術相比，遙感技術能夠提高使用者對于實際地面情況的掌握程度，突破傳統地質礦產調查技術的限制；高分辨率衛星收集數據信息的速度更加快捷，可在較短時間內實現對較大范圍測量對象的數據采集，完善地質數據，提高地質礦產調查的效率。高分一號、高分二號、高分六號衛星具有高空間分辨率的特點，可以在影像中反映出礦山環境現狀，對非法違規開采行為進行監測；通過高分辨率衛星數據可以在短時間內實現對地質礦產調查更加綜合性的信息獲取，如地表植被、地貌、土壤、水文特點等，實現生態環境敏感區的變化預警。高分辨率衛星數據已在地質調查、礦產勘查、地質環境評價、礦產資源調查與評估、礦區規劃與管理等方面發揮重要作用。

三、高分衛星系統在地質礦產綠色勘察中的應用

1.地質背景分析

從礦產勘探工作的原理出發，地質背景分析是地質找礦的首要工作。遙感技術能夠大面積獲取地質信息，如地形、地貌、構造等，經過圖像增強技術可以在影像中增加各地質構造的差異性，突出不同的巖性信息，結合人工解譯，完成花崗巖、碳酸鹽、第四系地層、線性構造等地質解譯圖，實現大面積的地質調查工作。

高分一號衛星的空間分辨率為2m，在該空間分辨率下可以識別出1∶50000 地質圖中的巖性大類以及地質界線。在地質調查等地質工作中，利用高分一號數據，生產云南省1∶50000 柯渡街幅、金所幅、尋甸縣幅及三岔幅區域地質調查遙感地質解譯圖（圖1），服務于地質礦產相關科研生產部門。圖1 中可以清晰地看出工作區范圍內南北向及北東向構造的遙感影像及不同地層在影像中呈現出明顯的色彩差異，結合地形地貌特征可勾繪出地質界線，為進一步開展區域地質填圖工作提供支撐。

圖1 云南省1∶50000 柯渡街幅、金所幅、尋甸縣幅及三岔幅區域地質調查遙感地質解譯圖

在通行不便、人工難以到達的區域，利用高分數據對工作區內的大中型線性構造、第四系地層、碳酸鹽巖分布區、侵入巖（花崗巖、霞石正長巖、玄武巖）界線、地質災害點、人類活動影響區、地貌特征進行提取和識別，開展地質解譯工作，替代大部分人工地質調查實地工作，提高了識別工作效率和精度。應用高分衛星縮減了地質勘查成本，節省了20 人3 個月人力，產生了60 萬～123 萬元經濟價值，為合理布置探礦工程、勘探資源量提供重要參考。

2.礦床識別與評價

高分一號數據共有4 個波段，分別為紅綠藍及近紅外波段，包含有地物的光譜信息和空間信息。通過光譜特征進行地物識別方法，對礦床進行識別和評價，對發現礦化帶和礦化物的分布特征、評估礦產資源具有潛力和價值。

在建水縣普雄地區地質調查等地質工作中，利用高分一號數據生產風化殼離子吸附型稀土礦地貌分區圖。在人工難以到達的區域或無人區，利用高分衛星遙感數據對羽狀山谷、圓頂山、淺剝蝕區等地貌特征的提取、識別，將探礦權范圍劃分為4 個地貌分區，開展地貌解譯工作。通過地質解譯、實地勘查，合理布置探礦工程，最終探獲資源量達大型規模，共伴生鈮、鎵、鈧、銣等多種有益金屬元素亦達大型以上規模，并選定水庫東南側為建水普雄風化殼離子吸附型稀土礦重點工作區，探獲了稀土工業礦體。建水普雄風化殼離子吸附型稀土礦地貌分區如圖2 所示。利用高分衛星遙感數據識別地貌特征指導風化殼離子吸附型稀土礦找礦工作屬云南省內首創，在識別工作區內隱伏線狀構造、通行不便地區地質界線、第四系斷陷盆地及湖泊邊界等方面發揮較大優勢。在此項工作中，縮減了地質勘查成本，節省了10 人2 個月人力，產生了26 萬～86 萬元經濟價值。

圖2 云南省建水縣普雄風化殼離子吸附型稀土礦地貌分區圖

3.礦山環境監測

高分衛星遙感數據可以監測出礦山區域的環境變化和影響，如土地利用變化、水體污染、植被覆蓋等，并及時發現礦山對環境的影響，為環境保護和綠色礦產勘查提供支持。

通過高分衛星遙感數據監測，對云南省曲靖市糯木村礦山開采現狀進行監測，對不同時期礦山衛星遙感影像進行對比，了解礦山開采活動，監控礦山是否存在越界開采行為，開采行為是否合法、合規、合理，開采活動是否按照礦山開發利用方案實施以及越界開采被行政處罰后礦山的整改情況，土地復墾及植被恢復情況，臺階及邊坡的穩定性（地質災害）情況等。圖3 為應用高分二號數據生產的糯木村礦山環境地質遙感解譯圖斑分布圖。從圖3中可以識別出能源礦產集中區礦山及礦山固體廢棄物分布特征，為后期能源礦產集中區礦山環境生態修復提供準確的數據支撐。

圖3 糯木村礦山環境地質遙感解譯圖斑分布圖

4.礦產資源管理

高分衛星遙感數據可以對礦產資源進行管理和監測，如礦產開發程度、礦產儲量等。通過遙感圖像分析，實時監測礦產資源的開發狀況，提供決策支持和資源管理的依據。

在臨滄市臨翔區礦山開采現狀信息管理中，應用高分一號數據生產臨滄市臨翔區三個礦山開采現狀監測對比圖（圖4），支撐臨滄市臨翔區國土部門及時掌握礦山企業開采現狀信息，服務頻次為1年1 次。高分衛星遙感數據每年能覆蓋全區100%的區域，實現全區的礦山開采現狀信息監管。使用高分衛星遙感數據開展監測礦山現狀調查工作之后，業務經費較之前的調查方式節省50%。使用高分衛星遙感數據對露天開采的礦山進行監測，避免了大量野外工作以及野外工作中對環境的破壞，極大地減少了礦山現狀測量工作人員的工作量，同時降低了監測成本，使地質礦產數據實現動態化反映。通過遙感技術能夠突破傳統的靜態地質礦產調查技術限制，使整體地質礦產調查結果更加滿足現代化地質礦產調查需求。

圖4 臨滄市臨翔區三個礦山開采現狀監測對比圖

5.礦產勘查規劃

高分衛星遙感數據可以提供區域的地貌、地形、水文等信息，輔助礦產勘查規劃的制定。通過圖像分析，確定勘查區域的優先級和方向，提高勘查工作的效率和準確性，指導綠色勘查工作的開展。利用高分衛星遙感數據提前對工作區的生態環境現狀進行評估，有效識別地質勘查區林地、耕地、生態紅線等地類分布情況，科學劃定勘查區范圍和路線，有針對性地部署地質勘查工作，選取最優方式開展設計及野外定位。利用高分衛星遙感數據無接觸、大范圍獲取地理信息的優勢，制定科學綠色的勘探規劃，極大提高勘探效率，節省人力物力的同時，保護生態系統的完整性。

四、結論及展望

綠色勘探是未來地質礦產勘探的必行之路，在保障礦產資源供給的前提下，做到最大限度地減少對環境的影響，保護生態系統的完整性和可持續性。高分衛星遙感數據在地質背景分析、礦床識別與評價、礦產管理、礦山環境監測、礦產勘查規劃的礦產勘探工作中充分體現了致廣盡微的優勢，為地質信息獲取提供宏觀且具有細節的影像數據，助力實現地質礦產勘探時空數據一體化，提升勘探效率。同時高分衛星遙感數據促使地質工作者創新工作方法，探尋綠色勘探技術，完善礦產資源的綜合管理辦法。高分一號、高分二號、高分六號衛星由于高空間分辨率使用率較高，其余高分衛星遙感數據使用率較低，技術方法以地質解譯和遙感監測為主。在未來工作中高分衛星數據要繼續發揮無接觸獲取大范圍地理信息的優勢，豐富數據類型，挖掘高光譜數據中的信息，創新技術方法，充分開發高分衛星遙感數據效能。總之，高分系列衛星在綠色礦產勘探領域依然有巨大的發展潛力，這需要地質工作者和遙感技術人員在未來實踐中不斷探索。