劉莎莎　高俊華　尹向紅　朱家彪　周力　蘇棟

摘 要：利用遙感技術(shù)手段，首次對(duì)遼寧省全域開展采煤沉陷現(xiàn)狀及恢復(fù)治理調(diào)查，獲取了基礎(chǔ)調(diào)查成果，為遼寧省地質(zhì)災(zāi)害綜合防治提供了參考依據(jù)。結(jié)果表明：（1）全省 67 處采煤沉陷區(qū)中特大型有 1 處、大型 25 處、中型 38 處、小型 3 處，總面積約 648.44 km²，主要分布在阜新、南票、鐵法、紅陽、撫順、康平和鳳城等煤礦區(qū)，開采主體以生產(chǎn)礦山和責(zé)任主體滅失礦山為主，威脅對(duì)象包括土地資源、工業(yè)區(qū)、居民點(diǎn)和主要交通干線。（2）全省采煤沉陷區(qū)恢復(fù)治理面積約 11.37 km²，治理類型以修復(fù)再造和地質(zhì)災(zāi)害治理為主，治理后地類以農(nóng)用地為主，少部分為居民點(diǎn)搬遷、光伏太陽能發(fā)電站和養(yǎng)魚塘等，朝陽市、沈陽市及黑山縣、康平縣和北票市治理程度相對(duì)較高。

關(guān)鍵詞：遙感;采煤沉陷;恢復(fù)治理

中圖分類號(hào)：TP79? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1672-5603（2022）01-17-06

Investigation on Coal Mining Subsidence Area Control Based on Remote Sensing in Liaoning Province

LIU Shasha ， GAO Junhua ， YIN Xianghong ， ZHU Jiabiao ， ZHOU Li ， SU Dong

（Hunan natural resources affairs center， Changsha? Hunan 410004）

Abstract： Remote sensing technology was used to investigate the current situation of mining subsidence and its restoration in Liaoning Province for the first time. The basic survey data results were obtained， which provided a reference for the comprehensive prevention and control of geological disasters in Liaoning Province. The results show that： （1） Among 67 mining subsidence areas in the province， there are 1 large subsidence area， 25 large subsidence area， 38 medium subsidence area and 3 small subsidence area， with a total area of 648.44km². It is mainly distributed in Fuxin， Nanpiao， Tiefa， Hongyang， Fushun， Kangping and Fengcheng coal mining areas. The main body of mining is production mines and mines without responsible main body. The threat objects include land resources， industrial areas， residential areas and main traffic arteries. （2） The area of coal mining subsidence area restoration and treatment is about 11.37 km²in the whole province. The treatment type is mainly restoration-reconstruction and geological disaster treatment. After treatment， the land type is mainly agricultural land， and a few residential areas are relocated， photovoltaic solar power stations and fish ponds. The treatment degree of Chaoyang City， Shenyang City， Heishan County， Kangping County and Beipiao City is relatively high.

Keywords： remote sensing;mining subsidence; restoration and treatment

遼寧省是我國重要的煤炭生產(chǎn)基地，有南票、北票、阜新、鐵法、沈北、撫順、本溪、紅陽等8個(gè)煤田和數(shù)十個(gè)煤產(chǎn)地，開采歷史悠久，為省內(nèi)外的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。煤礦開采規(guī)模達(dá)到一定深度，就會(huì)引起地面變形，產(chǎn)生裂縫、塌陷和沉陷，破壞地面環(huán)境，損毀地面建筑設(shè)施、地下管網(wǎng)、耕地、公路、通信線路和自然景觀，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

從變形移動(dòng)特點(diǎn)、規(guī)模和空間分布看，地面沉陷的危害范圍和程度都較大，延續(xù)時(shí)間也較長[1]。李成尊等[2]研究了采空沉陷地質(zhì)災(zāi)害的遙感影像識(shí)別特征，王海慶等[3～5]利用遙感技術(shù)對(duì)山東、新疆、四川等典型采煤沉陷區(qū)開展了調(diào)查研究，取得了良好的應(yīng)用效果。張紅日等[6～8]探討了采煤沉（塌）陷區(qū)的防治對(duì)策，提出了先進(jìn)的治理理念、模式和可行的技術(shù)方法。在遼寧省內(nèi)，崔玉環(huán)等[9～11]等分別探討了鐵法、撫順和阜新煤礦區(qū)的采煤沉陷現(xiàn)狀特點(diǎn)、影響因素及治理對(duì)策，但對(duì)全省采煤沉陷區(qū)整體情況還未開展相關(guān)調(diào)查研究。gzslib202204021058

2020年中國地質(zhì)調(diào)查局部署開展采煤沉陷區(qū)遙感調(diào)查，旨在摸清我國采煤沉陷區(qū)當(dāng)前現(xiàn)狀。本文基于地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，應(yīng)用國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感影像開展遼寧全域范圍采煤沉陷區(qū)調(diào)查研究，分析其沉陷特點(diǎn)、規(guī)模及分布規(guī)律，并對(duì)采煤沉陷區(qū)綜合治理提供決策參考。

1 煤炭資源概況

遼寧省地理位置處在中朝準(zhǔn)地臺(tái)和天山—興蒙地槽褶皺系2個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元內(nèi)，近 30 條巖石圈斷裂、殼斷裂構(gòu)成斷裂構(gòu)造的基本格架[12]。東西向構(gòu)造體系與華夏系構(gòu)造體系聯(lián)合控制石炭—二疊紀(jì)與早中侏羅世含煤地層沉積，新華夏系與東西向構(gòu)造體系共同控制晚侏羅世含煤地層沉積，華夏式構(gòu)造體系控制了古近紀(jì)和新近紀(jì)含煤地層沉積[13]。主要成煤期為晚古生代太原組、山西組、早侏羅世北票組、早白堊世沙海組和阜新組， 對(duì)應(yīng)的主要煤盆地群為太子河—渾江賦煤帶之盆地群和復(fù)州灣賦煤帶、北票—朝陽盆地群、阜新—鐵法盆地群、下遼河—撫順盆地群[14]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，遼寧省煤炭資源儲(chǔ)量大約有 59.27 億t，其中煙煤 25.35 億t，無煙煤 15.53 億t[15]。

2 遙感數(shù)據(jù)源和解譯標(biāo)志

收集全省高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，建立遙感解譯標(biāo)志，采取自動(dòng)化信息提取和人機(jī)交互解譯相結(jié)合的方式提取采煤沉陷區(qū)信息，部分輔以地面調(diào)查驗(yàn)證，獲取了遼寧省采煤沉陷區(qū)現(xiàn)狀遙感調(diào)查成果。

2.1 遙感數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)源主要是國產(chǎn)光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，包括地面分辨率為1.0 m的GF2數(shù)據(jù)和 2.0 m的GF1、GF6及ZY3數(shù)據(jù)，基本覆蓋遼寧省全域范圍，獲取時(shí)間為 2019 年的 9—12 月。對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行波段組合和圖像增強(qiáng)處理，數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度滿足本次調(diào)查研究的需要[4]。

2.2 遙感解譯標(biāo)志

參照煤礦開采歷史和范圍，了解礦脈所處地層屬性，結(jié)合礦區(qū)地面的植被、水體及人類活動(dòng)等呈現(xiàn)的異常現(xiàn)象，在遙感影像上直接或間接判讀采煤沉陷的狀態(tài)、形態(tài)和影響對(duì)象等信息，如圖1所示。

2.2.1 直接判讀

無積水坑：主要是在山地或平地的早期發(fā)育時(shí)期，其在遙感影像上反映出暗灰色或黑色色調(diào)，形態(tài)呈圓形、橢圓形及與地下采煤巷道相關(guān)的長條形，采煤集中區(qū)可表現(xiàn)為串珠狀分布。

有積水坑：在平地上的采煤沉陷中后期，沉陷趨于穩(wěn)定，其形成的盆地逐漸積水，積水區(qū)根據(jù)地面形變程度呈不規(guī)則形態(tài)，一般小于沉陷區(qū)范圍，水面呈暗黑色。沉陷區(qū)輪廓與無積水沉陷區(qū)類同，但其由內(nèi)而外，地面形變逐漸減緩，影像上色調(diào)由暗黑色到深灰色再到淺灰色轉(zhuǎn)變。

2.2.2 間接判讀

居民點(diǎn)搬遷：地面沉陷導(dǎo)致房屋開裂、道路阻斷，原有居民點(diǎn)已不適合居住而整體搬遷，搬遷后在影像上消失或者留下了地基廢墟行跡，可間接判斷沉陷位置。

植被稀疏或裸地：地面沉陷使得地表水滲漏，地下水水位下降，土壤層含水量不足，土壤退化，原本附著其上的植被不能生長，出現(xiàn)水田變旱地，喬木變灌木或草本植物，甚至出現(xiàn)裸地的現(xiàn)象。

復(fù)墾治理區(qū)：采煤沉陷區(qū)的復(fù)墾治理形式多樣，有的是用煤矸石和電廠的粉煤灰回填，其上植被稀疏，色調(diào)為灰白色;有的整治形成魚塘養(yǎng)殖場(chǎng)，邊界修葺規(guī)整，色調(diào)為暗黑色;有的鋪成太陽能電板，內(nèi)為東西向暗灰色規(guī)則長條紋。

3 沉陷區(qū)分布特征

全省調(diào)查出采煤沉陷區(qū)共67個(gè)，分布在葫蘆島、錦州、阜新、朝陽、沈陽、鐵嶺、撫順、本溪、遼陽和丹東等10個(gè)市，總面積約648.44 km?，沉陷區(qū)內(nèi)調(diào)查有塌陷坑2 065個(gè)，面積約 37.49 km?，塌陷坑積水面積約 15.21 km?，地裂縫 30 條。見表1。

3.1 區(qū)域分布

采煤沉陷區(qū)主要集中在阜新煤田、鐵法煤田、紅陽煤田和康平煤礦區(qū)，調(diào)查出采煤沉陷區(qū)20個(gè)，面積 440.35 km?，占全省沉陷區(qū)總面積的67.91%，調(diào)查出塌陷坑 783個(gè)，面積 27.53 km?，占全省塌陷坑總面積的 73.43 %，地裂縫 15 條。其次是分布在沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田和鳳城煤礦區(qū)，調(diào)查出采煤沉陷區(qū) 37 個(gè)，面積 182.65 km?，占全省沉陷區(qū)總面積的 28.17 %，調(diào)查出塌陷坑 1 177 個(gè)，面積 8.33 km?，占全省塌陷坑總面積的 22.22 %，地裂縫 15 條。此外，在撫順煤田、黑山、建昌、寬甸和恒仁等地區(qū)也調(diào)查出采煤沉陷現(xiàn)象，如圖2所示。

3.2 災(zāi)害發(fā)生規(guī)模

全省 67 處采煤沉陷區(qū)，規(guī)模從小型到特大型均有發(fā)現(xiàn)。其中，特大型沉陷區(qū) 1 處，位于阜新煤田阜蒙縣境內(nèi);大型沉陷區(qū) 25 處，分別位于南票煤田、鐵法煤田、紅陽煤田、阜新煤田、撫順煤田以及康平、鳳城、恒仁、寬甸、凌海等地;中型沉陷區(qū) 38 處，分別位于鐵法煤田、沈北煤田、南票煤田、北票煤田、本溪煤田以及鳳城、康平、寬甸、建昌、黑山等地;小型沉陷區(qū) 3 處，分別位于撫順煤田、鳳城和寬甸地區(qū)。

3.3 礦山開采主體

礦山開采主體有5類，包括生產(chǎn)礦山、停采礦山、違法礦山、2006年以來責(zé)任主體滅失礦山及其他關(guān)閉礦山。經(jīng)調(diào)查，生產(chǎn)礦山發(fā)現(xiàn)沉陷區(qū) 24 處，面積 388.92 km?，占總面積的 59.98 %;停采礦山發(fā)現(xiàn)沉陷區(qū) 2 處，面積 26.53 km?，占總面積的 4.09 %;2006年以來責(zé)任主體滅失礦山發(fā)現(xiàn)沉陷區(qū) 40 處，面積 217.12 km?，占總面積的 33.48 %;其他關(guān)閉礦山發(fā)現(xiàn)沉陷區(qū)1處，面積 15.87 km?，占總面積的 2.45 %;未發(fā)現(xiàn)違法礦山有沉陷現(xiàn)象。

3.4 危害對(duì)象

經(jīng)調(diào)查，全省采煤沉陷災(zāi)害損毀土地面積 37.49 km?，其中損毀農(nóng)用地 37.35 km?，損毀建設(shè)用地 0.02 km?，損毀未利用地 0.12 km?;沉陷地質(zhì)災(zāi)害威脅村莊 83 個(gè)，縣級(jí)以上公路 10 條，長度約 3 775.58 m，鐵路 3 條，長度約 7 074.38 m。損毀土地面積較大的沉陷區(qū)集中在康平、調(diào)兵山、沈北、阜新、燈塔和義縣等地，威脅村莊的沉陷區(qū)主要在康平、沈北、調(diào)兵山、南票、阜新、鳳城、北票、本溪和燈塔等地。威脅公路和鐵路線的沉陷區(qū)分布在撫順、北票、阜蒙、調(diào)兵山和黑山等地。gzslib202204021058

4 沉陷區(qū)恢復(fù)治理

全省 67 個(gè)采煤沉陷區(qū)中已實(shí)施恢復(fù)治理的有 24 個(gè)，治理總面積約 11.37 km?，主要分布在北票、撫順、鐵法、康平、沈北、南票、阜新、鳳城和黑山等地。

4.1 治理類型

調(diào)查發(fā)現(xiàn)涉及的治理類型共有 4 類，分別為工程治理、修復(fù)再造、土地復(fù)墾和地質(zhì)災(zāi)害治理。其中，修復(fù)再造面積最大，約 6.96 km?，主要分布于康平、沈北、凌海和南票;地質(zhì)災(zāi)害治理面積次之，如溝壑填埋，約 3.68 km?，主要分布于北票、鳳城、撫順、阜新、鐵嶺和調(diào)兵山;工程治理面積第3，如邊坡加固，約 0.69 km?，位于黑山;土地復(fù)墾面積最小，約 0.04 km?，也位于黑山。

4.2 治理后地類

治理后地類以農(nóng)用地為主，其他包括倉儲(chǔ)用地、居民點(diǎn)搬遷、光伏太陽能發(fā)電站及養(yǎng)魚塘等地類。其中，旱地的面積最大，約 8.60 km?，主要分布于沈北、康平、阜新、北票、撫順、南票、黑山和凌海等地;林地的面積次之，約 1.91 km?，主要分布在鐵法、鳳城等地;治理成光伏太陽能發(fā)電站，面積約 0.45 km?，排第3，位于黑山;恢復(fù)成水澆地，面積約 0.30 km?，排第4，位于黑山和阜新等地;其余依次為養(yǎng)魚塘、倉儲(chǔ)用地和居民點(diǎn)搬遷，面積分別為 0.06，0.03和0.02 km?，主要分布在阜新和北票等地，見表2。

4.3 治理程度

全省 67 個(gè)采煤沉陷區(qū)有 24 個(gè)已實(shí)施治理，治理面積 11.37 km?，治理面積占采煤沉陷總面積的 1.75%，治理程度不高。按市級(jí)行政區(qū)統(tǒng)計(jì)，朝陽治理程度最高，面積治理率為 4.30%，其他行政區(qū)面積治理率如下：沈陽為3.91%，撫順為 2.17%，錦州為1.68%，丹東為1.58%，鐵嶺為1.15%，阜新為0.39%，葫蘆島為0.07%，本溪和遼陽未調(diào)查出治理地塊。按縣級(jí)行政區(qū)統(tǒng)計(jì)，治理程度由高到底依次為黑山（6.51%）、康平 （6.14%）、北票 （4.44%）、海州（3.58%）、東洲（3.25%）、新?lián)幔?.92%）、鳳城（1.67%）、調(diào)兵山（1.15%）、凌海（0.31%）、沈北（0.15%）、南票（0.07%）以及阜蒙（0.02%），其余采煤沉陷區(qū)所在的縣未調(diào)查出治理地塊。

5 結(jié)論

遼寧省遙感調(diào)查發(fā)現(xiàn) 67 個(gè)采煤沉陷區(qū)，包括特大型 1 處、大型 25 處、中型 38 處、小型 3 處，沉陷總面積約 648.44 km?，主要分布在阜新、南票、鐵法、紅陽、撫順、康平和鳳城等煤礦區(qū)，開采主體以生產(chǎn)礦山和責(zé)任主體滅失礦山為主，對(duì)土地資源、工業(yè)區(qū)、居民點(diǎn)和主要交通干線造成嚴(yán)重威脅。

對(duì)采煤沉陷區(qū)開展部分恢復(fù)治理，治理面積約 11.37 km?，全省治理程度普遍較低。治理類型以修復(fù)再造和地質(zhì)災(zāi)害治理為主，治理后地類以農(nóng)用地為主，少部分居民點(diǎn)搬遷、光伏太陽能發(fā)電站和養(yǎng)魚塘等，朝陽市、沈陽市及黑山縣、康平縣和北票市治理程度相對(duì)較高。

利用遙感技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)對(duì)采煤沉陷區(qū)進(jìn)行調(diào)查，與人工地面調(diào)查實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)，能較直觀準(zhǔn)確地確定采煤沉陷區(qū)的范圍、面積和形態(tài)，再根據(jù)沉陷區(qū)的分布特征、規(guī)模，將恢復(fù)治理與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、用地保障、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明建設(shè)相結(jié)合，因地制宜制定出合理有效的恢復(fù)治理方案，打造新的經(jīng)濟(jì)增長型。

本文首次開展覆蓋遼寧省的采煤沉陷遙感調(diào)查，欠缺遼寧省以往相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，因此未能對(duì)采煤沉陷的發(fā)生和發(fā)育程度進(jìn)行更加深入的研究。建議充分利用最新遙感技術(shù)手段，持續(xù)開展多輪次調(diào)查研究，以掌握采煤沉陷變化趨勢(shì)情況和恢復(fù)治理狀況，為遼寧省地質(zhì)災(zāi)害綜合防治提供決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)/References

[1] 史同廣， 黃培竹. 煤礦區(qū)采煤沉陷災(zāi)害分析與對(duì)策研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)， 1994，3（1）： 95-99.

[2] 李成尊， 聶洪峰， 汪勁， 等. 礦山地質(zhì)災(zāi)害特征遙感研究[J]. 國土資源遙感， 2005，17（1）： 45-48， 78.

[3] 王海慶， 陳玲. 山東省濟(jì)寧市煤礦礦集區(qū)地面沉陷現(xiàn)狀遙感調(diào)查[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)， 2011， 22（1）： 87-93.

[4] 王曉紅， 荊青青， 周英杰， 等. 山東省采煤沉陷遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[J]. 國土資源遙感， 2017， 29（3）： 203-210.

[5] 楊顯華， 黃潔， 田立， 等. 礦山遙感監(jiān)測(cè)在采空區(qū)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用[J]. 國土資源遙感， 2018， 30（3）： 143-150.

[6] 張紅日， 石瀟， 牛興麗， 等. 山東省礦山地面塌陷狀況與恢復(fù)治理[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)， 2008，19（3）： 20-23.

[7] 喬岡， 徐友寧， 何芳， 等. 采煤塌陷區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理模式[J]. 中國礦業(yè)， 2012， 21（11）： 55-58.

[8] 王海慶， 楊金中， 陳玲， 等. 采煤沉陷區(qū)恢復(fù)治理狀況遙感調(diào)查[J]. 國土資源遙感， 2017， 29（3）： 156-162.

[9] 崔玉環(huán)， 王生輝， 李希顏， 等. 鐵法礦區(qū)采煤沉陷特點(diǎn)及其影響因素分析[J]. 煤炭技術(shù)， 2005，24（6）： 85-86.

[10] 崔志強(qiáng). 撫順市采煤沉陷區(qū)的現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)， 2017（12）： 92-93.

[11] 李飛， 李德忠， 程旭. 采煤沉陷區(qū)現(xiàn)狀分析與生態(tài)治理芻議：以遼寧省調(diào)兵山市為例[J]. 國土資源， 2019（9）： 42-43.

[12] 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[13] 遼寧省煤田地質(zhì)勘探公司.遼寧省地質(zhì)構(gòu)造體系與煤田分布的關(guān)系[J].煤田地質(zhì)與勘探，1976（8）：1-6.

[14] 孫連鳳. 遼寧省內(nèi)主要賦煤?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐址椒百x煤研究[J]. 科技資訊， 2013，11（31）： 64， 66.