周英杰， 王曉紅， 姚維嶺， 楊金中

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心,北京 100083)

山東省尾礦庫(kù)遙感調(diào)查與環(huán)境影響分析

周英杰， 王曉紅， 姚維嶺， 楊金中

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心,北京 100083)

礦山尾礦庫(kù)存在巨大的潛在危害，是不可輕視的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。為實(shí)現(xiàn)對(duì)山東省尾礦庫(kù)的遙感監(jiān)測(cè)與分析，利用我國(guó)遙感14號(hào)、24號(hào)、5號(hào)和高分2號(hào)等衛(wèi)星高分辨率遙感圖像，對(duì)全省礦山尾礦庫(kù)進(jìn)行全面的遙感解譯，摸清了現(xiàn)有尾礦庫(kù)的類(lèi)型、數(shù)量、位置、規(guī)模及使用狀態(tài)。截至2015年12月，山東省共有尾礦庫(kù)585座，以鐵礦和金礦尾礦庫(kù)為主，主要集中在膠東地區(qū)(煙臺(tái)、青島和威海)，經(jīng)野外實(shí)地驗(yàn)證，遙感調(diào)查結(jié)果全部正確； 從尾礦庫(kù)占用和破壞土地、尾礦廢水污染、粉塵污染以及地質(zhì)災(zāi)害隱患等方面分析了尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境的影響，建議相關(guān)部門(mén)予以高度重視，及時(shí)排查尾礦庫(kù)的隱患。

尾礦庫(kù)； 遙感調(diào)查； 環(huán)境影響； 山東省

0 引言

尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)在采礦、選礦過(guò)程中用來(lái)堆放尾砂等固態(tài)和液態(tài)廢棄物的場(chǎng)所，一般由筑壩攔截谷口、河床或者圍地構(gòu)成。通常，尾礦庫(kù)中還含有一定數(shù)量暫不能利用的有用組分[1]。山東省礦產(chǎn)資源豐富，全省已發(fā)現(xiàn)各類(lèi)礦產(chǎn)150種。其中，膠東主要分布有貴金屬礦產(chǎn)和有色金屬礦產(chǎn)，魯中主要蘊(yùn)藏有黑色金屬礦產(chǎn)及非金屬礦產(chǎn)，魯西北有豐富的石油、天然氣資源，魯西南則以豐富的煤炭資源為優(yōu)勢(shì)。礦業(yè)的發(fā)展在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)生的“三廢”也給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，并帶來(lái)占用土地、浪費(fèi)資源以及造成人員經(jīng)濟(jì)損失等一系列問(wèn)題[2-3]。因此，加強(qiáng)對(duì)礦山開(kāi)發(fā)狀況的調(diào)查和治理，特別是對(duì)礦山尾礦庫(kù)的監(jiān)測(cè)和管理勢(shì)在必行。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率遙感圖像因其具有空間分辨率高、波譜信息豐富等特點(diǎn)而在遙感應(yīng)用中展現(xiàn)出越來(lái)越顯著的優(yōu)勢(shì)。遙感技術(shù)在土地利用調(diào)查和礦山開(kāi)發(fā)狀況監(jiān)測(cè)等方面的成功應(yīng)用為尾礦庫(kù)遙感調(diào)查提供了有效的技術(shù)手段和豐富的經(jīng)驗(yàn)[4-20]。在利用遙感技術(shù)對(duì)尾礦庫(kù)的狀況監(jiān)測(cè)方面，國(guó)內(nèi)開(kāi)展過(guò)許多研究，如： 方雪娟等[13]對(duì)大冶陳貴鎮(zhèn)小型尾礦庫(kù)分布特征及其對(duì)環(huán)境影響做了分析； 強(qiáng)建華等[14-15]對(duì)陜西省尾礦庫(kù)和新疆礦山環(huán)境進(jìn)行了遙感調(diào)查與環(huán)境影響分析； 肖如林等[16]對(duì)張家口市尾礦庫(kù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究； 高永志等[17]對(duì)黑龍江省礦集區(qū)進(jìn)行了尾礦庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)與分析，初步形成了尾礦庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法。本文在上述研究成果基礎(chǔ)上，基于我國(guó)遙感14號(hào)、24號(hào)、5號(hào)和高分2號(hào)等衛(wèi)星高分辨率遙感圖像，對(duì)山東省全省范圍內(nèi)礦山尾礦庫(kù)的分布現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，摸清了現(xiàn)有尾礦庫(kù)的數(shù)量、位置、規(guī)模、類(lèi)型及使用情況，分析了尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境的影響，提出了加強(qiáng)尾礦庫(kù)監(jiān)管的建議。

1 研究區(qū)概況

山東省位于中國(guó)東部沿海的東北段，地處黃河下游，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，以沂沭斷裂帶和齊廣斷裂為界，自東向西依次為魯東隆起區(qū)、魯西隆起和華北坳陷區(qū)。沂沭斷裂是膠東金礦集中區(qū)的控礦構(gòu)造。魯西隆起區(qū)斷裂十分發(fā)育，對(duì)魯西金屬、非金屬礦產(chǎn)和能源礦產(chǎn)的形成具有明顯的控制作用。山東省礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)歷史悠久，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較大。煤炭保有儲(chǔ)量居全國(guó)第11位，但原煤產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的9.68%，居第2位； 金礦保有儲(chǔ)量居全國(guó)第2位，而黃金產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的24%，位居全國(guó)之首； 鐵礦產(chǎn)量居全國(guó)第8位。多年來(lái)，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)規(guī)模及開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的日益增大，不但引發(fā)了地面塌陷、地裂縫以及土地破壞等礦山環(huán)境問(wèn)題，礦山固體廢料堆存(尾礦庫(kù))還引發(fā)了水體污染和尾礦揚(yáng)塵等問(wèn)題。然而，我國(guó)目前對(duì)尾礦庫(kù)的監(jiān)管還主要依靠地面調(diào)查統(tǒng)計(jì)，存在耗時(shí)長(zhǎng)、浪費(fèi)人力等劣勢(shì)。本文利用遙感技術(shù)快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，完成了山東省尾礦庫(kù)分布現(xiàn)狀調(diào)查。

2 技術(shù)方法

對(duì)于各種尺度的地物而言，不同空間分辨率遙感圖像中的可識(shí)別影像特征差異很大。在高分辨率遙感圖像上，小尺度地物的細(xì)部結(jié)構(gòu)信息顯示較清晰。因此，本文以我國(guó)遙感14號(hào)、24號(hào)、5號(hào)和高分2號(hào)等衛(wèi)星高分辨率遙感圖像為主要數(shù)據(jù)源(獲取時(shí)間為2015年9—12月)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精糾正等圖像預(yù)處理，并在ArcGIS 10.1中基于尾礦庫(kù)的結(jié)構(gòu)、光譜、形狀及紋理等影像特征，建立了尾礦庫(kù)的遙感解譯標(biāo)志，對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行了人機(jī)交互式遙感解譯。

3 尾礦庫(kù)遙感監(jiān)測(cè)

3.1 解譯標(biāo)志的建立

3.1.1 直接解譯標(biāo)志

尾礦庫(kù)是人類(lèi)工程活動(dòng)的產(chǎn)物，人工痕跡顯著，幾何形態(tài)較規(guī)則。通常，靠近尾礦壩的庫(kù)體邊緣呈直線狀，與周?chē)匚锝缇€分明。尾礦庫(kù)一般在堆積壩上都設(shè)置有排砂管，尾砂是通過(guò)排砂管由近壩端向遠(yuǎn)壩端逐步推送的。因此，在遙感圖像上尾礦庫(kù)的色調(diào)和紋理隨著距排砂管的遠(yuǎn)近不同而具有明顯的分帶性——距排砂管近、尾砂濃度高的位置，色調(diào)亮； 距排砂管遠(yuǎn)、尾砂濃度低的位置，色調(diào)暗； 尾礦庫(kù)水體的顏色由淺灰白色逐漸過(guò)渡到灰綠色(接近自然水體)[18](圖1)。

圖1 尾礦庫(kù)影像特征Fig.1 Image characteristics of tailing ponds

3.1.2 間接解譯標(biāo)志

尾礦庫(kù)是用來(lái)堆放尾砂的場(chǎng)所，除了前述庫(kù)體、壩體和排砂管的形態(tài)、色調(diào)、紋理特征等直接解譯標(biāo)志外，還有一系列間接解譯標(biāo)志。尾礦庫(kù)離礦區(qū)不遠(yuǎn)，周?chē)话愣加羞x礦廠、選礦池等礦山建筑，彼此之間通過(guò)礦山道路連接； 大多數(shù)尾礦庫(kù)采用一面筑壩或多面筑壩的方式，常有一邊緊靠山坡的特征，也有部分尾礦庫(kù)是在平地四面筑壩圍成的； 壩體多采用二期筑壩法(初期壩和后期壩)[19]，多顯示有2期壩體影像。

3.2 尾礦庫(kù)類(lèi)型及數(shù)量分布

根據(jù)上述解譯標(biāo)志進(jìn)行解譯，截至2015年12月，山東省共有尾礦庫(kù)585座。其中，按利用狀態(tài)劃分，正在利用的尾礦庫(kù)有461座，已閉庫(kù)停用的124座； 在空間分布上，尾礦庫(kù)主要集中在膠東地區(qū)(煙臺(tái)、青島和威海)，共有349座，占全省尾礦庫(kù)的60%； 按地市的尾礦庫(kù)數(shù)量排序，煙臺(tái)市最多，有215座，青島市有118座次之，臨沂市110座，排第3位(表1、 圖2)。

表1 尾礦庫(kù)分布情況統(tǒng)計(jì)

圖2 山東省尾礦庫(kù)分布(成圖比例尺600萬(wàn)。此次調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)銅礦尾礦庫(kù)3處，位于萊蕪市萊城區(qū)，其中2處銅礦尾礦庫(kù)被鐵礦尾礦庫(kù)疊壓； 鉬礦尾礦庫(kù)2處，位于煙臺(tái)市萊山區(qū),均被金礦尾礦庫(kù)疊壓。)Fig.2 Distribution of tailing ponds in Shandong Province

山東省尾礦庫(kù)按礦種類(lèi)型可劃分為鐵礦314座、金礦223座、石墨礦39座、鋁土礦4座、銅礦3座及鉬礦2座，以鐵礦和金礦尾礦庫(kù)為主。蒼山—棗莊、萊州—昌邑及萊蕪等地區(qū)是山東省主要的鐵礦區(qū)，故鐵礦尾礦庫(kù)也主要分布在這些地區(qū)； 煙臺(tái)市的金礦產(chǎn)量位于山東省第一位，保有資源儲(chǔ)量居全國(guó)首位，故山東省金礦尾礦庫(kù)的85.2%都位于煙臺(tái)市。

尾礦庫(kù)在高分辨率遙感圖像上，影像特征明顯，很易直接識(shí)別。對(duì)解譯出的尾礦庫(kù)共進(jìn)行了50多處的野外實(shí)地驗(yàn)證，調(diào)查結(jié)果表明，以上遙感解譯結(jié)果全部正確。

4 尾礦庫(kù)環(huán)境影響分析

4.1 尾礦庫(kù)占用和破壞土地

2015年山東省尾礦庫(kù)共占用土地面積4 586.72 hm2，其中鐵礦尾礦庫(kù)占用土地面積最大，達(dá)到2 265.14 hm2； 其次是金礦尾礦庫(kù)，占地面積為1 738.02 hm2； 兩礦種尾礦庫(kù)共占全部尾礦庫(kù)占地的87.3%。金礦尾礦庫(kù)主要占用和破壞山間林地； 鐵礦尾礦庫(kù)則主要在平原區(qū)占用和破壞耕地。石墨礦、鋁土礦、銅礦和鉬礦等其余礦種，占地面積分別為446.7 hm2、102.3 hm2、19.87 hm2和14.66 hm2。

4.2 尾礦廢水污染

尾礦庫(kù)礦渣或尾礦廢水中通常含有很多有害元素，一旦流失，會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)周?chē)恿?、農(nóng)田等造成嚴(yán)重污染和破壞。庫(kù)區(qū)選址時(shí)，受礦區(qū)距離影響，有的地處水庫(kù)、大江、大湖或重要水源地上游，會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)下游居民及各類(lèi)生物造成危害[16]。玲瓏鎮(zhèn)范圍內(nèi)的金礦企業(yè)較多，最近10 a，隨著各大金礦規(guī)模擴(kuò)張，污水排放量不斷增加,玲瓏河污染越來(lái)越嚴(yán)重； 建于羅山水庫(kù)上方的尾礦庫(kù)，也曾出現(xiàn)尾礦廢水漫過(guò)大壩流進(jìn)水庫(kù)污染水源的現(xiàn)象(圖3)。

圖3 尾礦庫(kù)污染危害水庫(kù)Fig.3 Hazard of tailing ponds pollution

4.3 中粉塵污染

尾礦庫(kù)干涸后，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵污染，特別是在3—5月份及冬季的少雨多風(fēng)季節(jié)，粉塵隨風(fēng)飄揚(yáng)，會(huì)對(duì)尾礦庫(kù)周?chē)h(huán)境造成很大的負(fù)面影響，不僅對(duì)附近果園、耕地和水源造成污染，還會(huì)危及周邊居民的身體健康。

4.4 地質(zhì)災(zāi)害隱患

尾礦庫(kù)地勢(shì)高于周邊地物，是潛在的人造泥石流危險(xiǎn)源[20]。本次遙感調(diào)查發(fā)現(xiàn)的山東省尾礦庫(kù)主要存在以下幾方面的安全隱患： ①部分尾礦庫(kù)壩體疏松，有的壩體只是簡(jiǎn)單種植一些稀疏植被，未采取任何防護(hù)措施，極易引發(fā)壩體滑坡、坍塌等災(zāi)害； ②部分尾礦庫(kù)距離居民點(diǎn)和公路較近，有的尾礦庫(kù)距離公路最近處僅50 m，以煙臺(tái)市金礦區(qū)為例，169個(gè)正在利用的尾礦庫(kù)中，距離公路在200 m以內(nèi)的有21座，距離居民點(diǎn)在600 m以內(nèi)的有32座，其中1座金礦尾礦庫(kù)距離村莊僅60 m，存在極大的安全隱患。

5 結(jié)論

(1)本文基于礦山尾礦庫(kù)的遙感影像特征及建庫(kù)特點(diǎn)等解譯標(biāo)志，識(shí)別了山東省尾礦庫(kù)的位置、數(shù)量、類(lèi)型、規(guī)模及使用狀況，野外驗(yàn)證結(jié)果表明本次遙感解譯結(jié)果全部正確。

(2)山東省尾礦庫(kù)數(shù)量較多，類(lèi)型以鐵礦、金礦尾礦庫(kù)為主，主要分布于膠東地區(qū)，其中煙臺(tái)市金礦產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的1/5，尾礦庫(kù)的數(shù)量居山東省首位。

(3)山東省尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為土地占用和破壞、尾礦廢水污染、尾礦庫(kù)干涸后隨風(fēng)飄起的粉塵污染以及其他潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患。

(4)尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境的潛在危害巨大，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門(mén)的高度重視。盡管本次調(diào)查未發(fā)現(xiàn)在礦山開(kāi)發(fā)中輕視尾礦庫(kù)安全的不合理做法，但還是強(qiáng)烈建議礦山開(kāi)發(fā)企業(yè)和各級(jí)政府管理部門(mén)建立完善的尾礦庫(kù)安全監(jiān)管制度，對(duì)所有尾礦庫(kù)做到每天檢查，發(fā)現(xiàn)異常征兆及時(shí)處置和上報(bào)； 對(duì)于尾礦庫(kù)數(shù)量較多的地區(qū)，調(diào)配更多專(zhuān)管人員負(fù)責(zé)巡視和安全保障工作； 對(duì)于新建尾礦庫(kù)，注意選址，避開(kāi)居民聚居區(qū)和水庫(kù)等重要水源地。

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(責(zé)任編輯： 刁淑娟，劉丹)

Remote sensing investigation and environmental impact analysis of tailing ponds in Shandong Province

ZHOU Yingjie， WANG Xiaohong， YAO Weiling， YANG Jinzhong

(ChinaAerogeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources，Beijing100083，China)

The mine tailing pond is a huge environmental risk source with great potential danger. In order to realize remote sensing monitoring and analysis of the tailing ponds in Shandong Province, the authors carried out remote sensing interpretation of the tailing ponds by high resolution remote sensing images of the remote sensing satellite No.14 , No.24, No.5 and GF-2. The types, quantity, locations, size and using status of the existing tailing ponds in Shandong Province were found out. Until December 2015, there were 585 tailing ponds in Shandong Province, mostly iron and gold ore tailing ponds, and these tailing ponds were mainly located in the Jiaodong area(Yantai, Qingdao and Weihai). The field investigation and verification results show that the remote sensing investigation results were correct. The impacts of tailing ponds on environment were analyzed from land occupation and destruction, waste water pollution, dust pollution, potential geological hazards, etc. It is suggested that the relevant departments pay great attention and check the potential hazads of the tailing ponds in time.

tailing ponds； remote sensing investigation； environmental impact； Shandong Province

10.19388/j.zgdzdc.2017.04.12

周英杰,王曉紅,姚維嶺，等.山東省尾礦庫(kù)遙感調(diào)查與環(huán)境影響分析[J].中國(guó)地質(zhì)調(diào)查,2017,4(4): 88-92.

2016-11-25；

2016-12-23。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“全國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)(編號(hào)： 121201203000160009)”項(xiàng)目資助。

周英杰(1973—)，女，高級(jí)工程師，主要從事礦山遙感監(jiān)測(cè)工作。Email： 32311423@qq.com。

TP79; X508

A

2095-8706(2017)04-0088-05