文|李穎 王力 李雁 李衛(wèi)海 王艷英 譚玉榮 陳晨 劉錢威

1.高分辨率對地觀測系統(tǒng)云南數(shù)據(jù)與應用中心

2.國家國防科技工業(yè)局重大專項中心

3.云南省核工業(yè)二〇九地質(zhì)大隊

一、引言

云南省位于中國西南部，地處云貴高原，數(shù)億年來地域表層經(jīng)過了一系列的地殼運動，成礦條件優(yōu)越[1]。地質(zhì)資源種類繁多，礦產(chǎn)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(chǎn)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(tài)環(huán)境，是中國重要的生態(tài)保護區(qū)域。

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

隨著時代的發(fā)展，遙感技術在地質(zhì)上的應用也在不斷更新。從航空遙感到衛(wèi)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(shù)據(jù)一體化[2]。隨著分辨率的提高，數(shù)據(jù)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(xiàn)大范圍、高分辨率的地質(zhì)信息提取，為地質(zhì)勘查、資源調(diào)查、綠色勘探提供了更有力的支撐。

二、云南省地質(zhì)礦產(chǎn)資源開發(fā)背景

云南省現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，其他非金屬礦產(chǎn)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(chǎn)含量分別居全國前3 位[3]。云南礦產(chǎn)資源具有多樣性、富集性、區(qū)域分布性、生態(tài)環(huán)境敏感性的特點[4-6]。這些特點為云南省的礦產(chǎn)開發(fā)提供了機遇和挑戰(zhàn)，需要在保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提下，合理利用和開發(fā)礦產(chǎn)資源。在礦產(chǎn)開發(fā)過程中，需要特別關注生態(tài)環(huán)境保護和生態(tài)恢復，以保護珍稀瀕危物種和生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

在實現(xiàn)資源保障與生態(tài)文明共贏的要求下，云南省地質(zhì)勘探工作存在一些問題。

1）勘探范圍小，地質(zhì)信息不完善。云南省地域遼闊，地形多變，地質(zhì)構造復雜，很多山區(qū)無法到達，勘測難度大；導致地質(zhì)調(diào)查和勘探工作相對滯后，地質(zhì)信息不完善。傳統(tǒng)的地質(zhì)地貌測量只能根據(jù)地質(zhì)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(guī)范或非法采礦失察。造成農(nóng)田植被破壞，棄渣隨意亂堆，壓占河道農(nóng)田，引發(fā)水土流失、排洪不暢、滑坡泥石流等事故。

3）生態(tài)環(huán)境受損。云南省的眾多礦產(chǎn)資源分布在生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)域，礦產(chǎn)資源勘探和開發(fā)可能會對生態(tài)環(huán)境造成破壞。

4）礦山環(huán)境相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)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(chǎn)資源管理。因此，云南省在礦產(chǎn)開發(fā)中必須注重綠色勘探和環(huán)保技術應用，以實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)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(wèi)星的成功發(fā)射，所有高分衛(wèi)星已實現(xiàn)在軌運行，地面系統(tǒng)穩(wěn)步推進，性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)應用廣泛，國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)替代比率已近90%[7]。目前，高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已用于地質(zhì)勘探工作的多個方面。相較于傳統(tǒng)勘測技術，衛(wèi)星遙感具有非接觸、宏觀獲取信息的優(yōu)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(chǎn)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(xié)助地質(zhì)工作者發(fā)現(xiàn)礦床的潛在位置，使地質(zhì)工作更加便利。與傳統(tǒng)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(tǒng)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查技術的限制；高分辨率衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)信息的速度更加快捷，可在較短時間內(nèi)實現(xiàn)對較大范圍測量對象的數(shù)據(jù)采集，完善地質(zhì)數(shù)據(jù)，提高地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查的效率。高分一號、高分二號、高分六號衛(wèi)星具有高空間分辨率的特點，可以在影像中反映出礦山環(huán)境現(xiàn)狀，對非法違規(guī)開采行為進行監(jiān)測；通過高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)對地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)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(xiàn)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的變化預警。高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘查、地質(zhì)環(huán)境評價、礦產(chǎn)資源調(diào)查與評估、礦區(qū)規(guī)劃與管理等方面發(fā)揮重要作用。

三、高分衛(wèi)星系統(tǒng)在地質(zhì)礦產(chǎn)綠色勘察中的應用

1.地質(zhì)背景分析

從礦產(chǎn)勘探工作的原理出發(fā)，地質(zhì)背景分析是地質(zhì)找礦的首要工作。遙感技術能夠大面積獲取地質(zhì)信息，如地形、地貌、構造等，經(jīng)過圖像增強技術可以在影像中增加各地質(zhì)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(zhì)解譯圖，實現(xiàn)大面積的地質(zhì)調(diào)查工作。

高分一號衛(wèi)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(zhì)圖中的巖性大類以及地質(zhì)界線。在地質(zhì)調(diào)查等地質(zhì)工作中，利用高分一號數(shù)據(jù)，生產(chǎn)云南省1∶50000 柯渡街幅、金所幅、尋甸縣幅及三岔幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查遙感地質(zhì)解譯圖（圖1），服務于地質(zhì)礦產(chǎn)相關科研生產(chǎn)部門。圖1 中可以清晰地看出工作區(qū)范圍內(nèi)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(xiàn)出明顯的色彩差異，結合地形地貌特征可勾繪出地質(zhì)界線，為進一步開展區(qū)域地質(zhì)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(qū)域地質(zhì)調(diào)查遙感地質(zhì)解譯圖

在通行不便、人工難以到達的區(qū)域，利用高分數(shù)據(jù)對工作區(qū)內(nèi)的大中型線性構造、第四系地層、碳酸鹽巖分布區(qū)、侵入巖（花崗巖、霞石正長巖、玄武巖）界線、地質(zhì)災害點、人類活動影響區(qū)、地貌特征進行提取和識別，開展地質(zhì)解譯工作，替代大部分人工地質(zhì)調(diào)查實地工作，提高了識別工作效率和精度。應用高分衛(wèi)星縮減了地質(zhì)勘查成本，節(jié)省了20 人3 個月人力，產(chǎn)生了60 萬～123 萬元經(jīng)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(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)礦化帶和礦化物的分布特征、評估礦產(chǎn)資源具有潛力和價值。

在建水縣普雄地區(qū)地質(zhì)調(diào)查等地質(zhì)工作中，利用高分一號數(shù)據(jù)生產(chǎn)風化殼離子吸附型稀土礦地貌分區(qū)圖。在人工難以到達的區(qū)域或無人區(qū)，利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對羽狀山谷、圓頂山、淺剝蝕區(qū)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(qū)，開展地貌解譯工作。通過地質(zhì)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(guī)模，共伴生鈮、鎵、鈧、銣等多種有益金屬元素亦達大型以上規(guī)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(qū)，探獲了稀土工業(yè)礦體。建水普雄風化殼離子吸附型稀土礦地貌分區(qū)如圖2 所示。利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)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(nèi)首創(chuàng)，在識別工作區(qū)內(nèi)隱伏線狀構造、通行不便地區(qū)地質(zhì)界線、第四系斷陷盆地及湖泊邊界等方面發(fā)揮較大優(yōu)勢。在此項工作中，縮減了地質(zhì)勘查成本，節(jié)省了10 人2 個月人力，產(chǎn)生了26 萬～86 萬元經(jīng)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(qū)圖

3.礦山環(huán)境監(jiān)測

高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以監(jiān)測出礦山區(qū)域的環(huán)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(fā)現(xiàn)礦山對環(huán)境的影響，為環(huán)境保護和綠色礦產(chǎn)勘查提供支持。

通過高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測，對云南省曲靖市糯木村礦山開采現(xiàn)狀進行監(jiān)測，對不同時期礦山衛(wèi)星遙感影像進行對比，了解礦山開采活動，監(jiān)控礦山是否存在越界開采行為，開采行為是否合法、合規(guī)、合理，開采活動是否按照礦山開發(fā)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(wěn)定性（地質(zhì)災害）情況等。圖3 為應用高分二號數(shù)據(jù)生產(chǎn)的糯木村礦山環(huán)境地質(zhì)遙感解譯圖斑分布圖。從圖3中可以識別出能源礦產(chǎn)集中區(qū)礦山及礦山固體廢棄物分布特征，為后期能源礦產(chǎn)集中區(qū)礦山環(huán)境生態(tài)修復提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

圖3 糯木村礦山環(huán)境地質(zhì)遙感解譯圖斑分布圖

4.礦產(chǎn)資源管理

高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以對礦產(chǎn)資源進行管理和監(jiān)測，如礦產(chǎn)開發(fā)程度、礦產(chǎn)儲量等。通過遙感圖像分析，實時監(jiān)測礦產(chǎn)資源的開發(fā)狀況，提供決策支持和資源管理的依據(jù)。

在臨滄市臨翔區(qū)礦山開采現(xiàn)狀信息管理中，應用高分一號數(shù)據(jù)生產(chǎn)臨滄市臨翔區(qū)三個礦山開采現(xiàn)狀監(jiān)測對比圖（圖4），支撐臨滄市臨翔區(qū)國土部門及時掌握礦山企業(yè)開采現(xiàn)狀信息，服務頻次為1年1 次。高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)每年能覆蓋全區(qū)100%的區(qū)域，實現(xiàn)全區(qū)的礦山開采現(xiàn)狀信息監(jiān)管。使用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展監(jiān)測礦山現(xiàn)狀調(diào)查工作之后，業(yè)務經(jīng)費較之前的調(diào)查方式節(jié)省50%。使用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對露天開采的礦山進行監(jiān)測，避免了大量野外工作以及野外工作中對環(huán)境的破壞，極大地減少了礦山現(xiàn)狀測量工作人員的工作量，同時降低了監(jiān)測成本，使地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)動態(tài)化反映。通過遙感技術能夠突破傳統(tǒng)的靜態(tài)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查技術限制，使整體地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查結果更加滿足現(xiàn)代化地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查需求。

圖4 臨滄市臨翔區(qū)三個礦山開采現(xiàn)狀監(jiān)測對比圖

5.礦產(chǎn)勘查規(guī)劃

高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以提供區(qū)域的地貌、地形、水文等信息，輔助礦產(chǎn)勘查規(guī)劃的制定。通過圖像分析，確定勘查區(qū)域的優(yōu)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(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提前對工作區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行評估，有效識別地質(zhì)勘查區(qū)林地、耕地、生態(tài)紅線等地類分布情況，科學劃定勘查區(qū)范圍和路線，有針對性地部署地質(zhì)勘查工作，選取最優(yōu)方式開展設計及野外定位。利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)無接觸、大范圍獲取地理信息的優(yōu)勢，制定科學綠色的勘探規(guī)劃，極大提高勘探效率，節(jié)省人力物力的同時，保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

四、結論及展望

綠色勘探是未來地質(zhì)礦產(chǎn)勘探的必行之路，在保障礦產(chǎn)資源供給的前提下，做到最大限度地減少對環(huán)境的影響，保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性和可持續(xù)性。高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在地質(zhì)背景分析、礦床識別與評價、礦產(chǎn)管理、礦山環(huán)境監(jiān)測、礦產(chǎn)勘查規(guī)劃的礦產(chǎn)勘探工作中充分體現(xiàn)了致廣盡微的優(yōu)勢，為地質(zhì)信息獲取提供宏觀且具有細節(jié)的影像數(shù)據(jù)，助力實現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)勘探時空數(shù)據(jù)一體化，提升勘探效率。同時高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)促使地質(zhì)工作者創(chuàng)新工作方法，探尋綠色勘探技術，完善礦產(chǎn)資源的綜合管理辦法。高分一號、高分二號、高分六號衛(wèi)星由于高空間分辨率使用率較高，其余高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)使用率較低，技術方法以地質(zhì)解譯和遙感監(jiān)測為主。在未來工作中高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)要繼續(xù)發(fā)揮無接觸獲取大范圍地理信息的優(yōu)勢，豐富數(shù)據(jù)類型，挖掘高光譜數(shù)據(jù)中的信息，創(chuàng)新技術方法，充分開發(fā)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)效能。總之，高分系列衛(wèi)星在綠色礦產(chǎn)勘探領域依然有巨大的發(fā)展?jié)摿?，這需要地質(zhì)工作者和遙感技術人員在未來實踐中不斷探索。