在我国新常态的经济发展背景下, 西藏自治区经济发展跃上了新台阶, 2014年和2015年年度GDP增速处于全国前二的水平^[1], 同时, 西藏自治区政府将旅游业和矿产资源开发列为支撑自治区经济发展的双引擎^[2]。由于矿产资源开发具有较高的经济效益, 这一过程中往往伴随一定数量的违法开采现象, 同时还会造成环境与景观的逆向破坏, 例如污染水体、诱发地质灾害、改变植被与地貌等原生自然景观等^[3]。对于西藏自治区而言, 环境与景观的破坏不利于旅游业的健康、可持续发展, 从而对经济发展产生负面作用, 这在一定程度上抵消了矿产资源开发对于经济发展的正面促进作用。因此, 西藏自治区格外重视矿产资源开发全过程的监管与监控。

利用遥感技术开展矿产资源开发监测工作, 始于2003年少量地区的试点, 至2006年在全国主要省市全面铺开。西藏自治区开展得略晚, 自2011年从少量重点区开始, 至2014年首次完成全区面上调查, 目前已形成覆盖全区的矿产资源开发及环境本底数据。西藏东部地区的矿产资源开发遥感监测工作由中国国土资源航空物探遥感中心负责组织实施, 第一次形成了完整覆盖西藏东部地区的矿产资源开发环境全要素数据集, 包括矿山开发利用现状、矿山开发占地、矿山地质灾害、矿山环境污染和环境恢复治理等, 同时完成了重点矿区三维定量监测与评价、规划执行情况评价、矿产资源开发强度评价与区划等相关专题综合研究工作。其成果既可以为西藏自治区“ 十三· 五” 期间矿产资源开发环境遥感监测重点区的部署及其动态巡查工作提供决策依据, 也可为地方国土资源管理部门开展矿产资源执法监察工作提供数据支持。

西藏东部地区包括拉萨市、昌都市、林芝市、山南地区和那曲地区, 共49个市县级行政单元, 总面积68.4万km²。根据2015年矿权资料, 西藏东部地区各类采矿权总数占自治区全部采矿权总数的80%以上。无论是开采矿种, 还是正在开采的矿点, 西藏东部地区矿产资源开发特征能够代表整个自治区矿产资源开发的主要特征。就工作内容而言, 西藏东部地区矿产资源开发环境遥感监测主要包括矿山开发状况、矿山环境、矿产资源规划遥感监测及综合研究等方面。

1.1 矿山开发状况

(1) 西藏东部地区矿山开发以金属矿产为主。遥感监测结果表明, 西藏东部地区各类正在开采的矿山开采点总数超过700个, 铜矿、铅矿等有色金属矿开采点数量占比最大, 其次为以采石和采砂为主的各类非金属矿, 以铁矿和铬铁矿为主的黑色金属矿占比第3, 以岩金矿为主的贵金属矿山占比较少, 如图1所示。

图1

Fig.1

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	图1 西藏东部地区矿山开发利用状况统计图Fig.1 Statistical chart of mine development and utilization in eastern Tibet (classified by minerals)

(2) 西藏东部地区合法开采矿山数量占比相对较小, 疑似违法开采矿山数量增加明显。根据遥感监测结果, 2014年度西藏东部地区各类矿山合法开采与违法开采之比为1∶ 2.5左右。西藏东部地区各类疑似违法矿山开采点按数量计, 2013年度相比2012年度增加了约8倍, 2014年度相比2013年度又增加了10%。

(3) 西藏东部地区非金属矿以露天开采为主, 金属矿硐采较普遍。各类疑似违法开采以无证开采和以采代探为主, 在所有违法开采点总数量的占

比分别为58%和31%。

1.2 矿山环境

矿山环境遥感监测内容包括矿山开发占地、矿山地质灾害、矿山环境污染和矿山地质环境恢复治理等4项。

西藏东部地区各类矿山开发占地总面积超过2 000 hm²。占地类型统计结果见图2。

图2

Fig.2

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	图2 西藏东部地区矿山开发占地类型统计图Fig.2 Statistical chart of land occupation by mining area in eastern Tibet (classified by type)

从图2中可知采场占比最大, 接近75%。按照矿种统计, 各类非金属矿矿山占地比最大, 接近50%。按空间分布统计, 矿山开发占地相对集中于拉萨、那曲等地区。

矿山地质灾害涉及的矿种类型主要是铁矿、铜矿、铅矿、锌矿和石灰岩矿。金属矿山硐采是造成滑坡的主要原因, 同样泥石流的发生多与金属矿山开发过程有关。矿山环境污染主要表现为水体污染。受地形地貌条件制约, 尾矿库或选矿设施多依山临水而建, 经雨水、河流冲刷进入地表和地下水系统导致水体污染。违法开采的铁矿和铜矿导致水体污染现象多发, 如图3所示。

图3

Fig.3

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	图3 西藏东部地区某铁矿和某铜矿水体污染野外照片Fig.3 Field photos of soil and water pollution in eastern Tibet

矿山地质环境恢复治理面积超过200 hm², 主要位于拉萨、昌都和那曲地区。相对而言, 正规大型矿山企业更加重视矿山开发引发的地质环境问题, 同时又有一定的经济能力承担矿山地质环境恢复治理工作。采取的主要措施是: 修建尾矿库, 合理堆放矿山开发过程中产生的尾矿, 从而减少因固体废弃物随意堆积导致的滑坡等地质灾害以及水体污染等; 进行复绿、复垦等环境修复工程。

1.4 矿山典型地物三维体方量分析

对于矿山环境问题重点区— — 甲玛铜矿区, 利用二期资源三号数字正射影像(digital orthophoto map, DOM)和数字表面模型(digital surface model, DSM)数据进行了7处矿山典型地物的三维体方量监测。DSM数据时相分别为2013年1月3日和2013年12月23日。 三维体方量监测主要内容包括高程、坡度和体方量的变化, 以及矿山地质灾害危险点位分析。7处矿山典型地物包括2处尾矿库、3处露天开采面和 2处地质灾害(已发生)。在一年的监测期内, 虽然3处露天开采面开采边界没有变化, 但通过体方量变化可知, 3处均有露天采矿作业, 并给出了各处年度体方量变化值及误差范围。通过比对露天开采面高程变化和坡度变化, 标定了3处露天开采面为潜在的矿山地质灾害危险点位。3号露天开采面三维体量分析如图4所示。该潜在矿山地质灾害危险点位于主要开采面的北部上缘, 其倾向方向的坡长约45 m(投影距离), 高程差约35 m, 换算平均坡度为38° , 且监测期内坡度变化(变陡)超过10° , 危险性较大。

图4

Fig.4

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	图4 3号露天开采面三维体量分析示意图Fig.4 3D analysis of No.3 open pit

1.5 矿山开发强度综合评价与区划

矿产资源开发程度及其对环境的影响在区域上存在差异, 为了表征这种差异, 定义了矿山开发强度指数。该指数体现了矿产资源开发过程中 3个方面的效果: 一是矿权效果, 体现了矿产资源规划管理的实际影响; 二是开采点(面)效果, 体现了矿山开发利用的实际影响; 三是矿山开发占地效果, 体现了矿山地质环境的实际影响。评价对象为西藏东部地区49个市县级行政单元。通过计算49个评价对象上述3个方面的单项分值, 进而加权平均得到每一个评价对象的矿山开发强度指数。

矿山开发强度指数的绝对值并无实际的物理含义, 其作用是提供评价对象之间的比对关系。例如, 墨竹工卡县的矿山开发强度要大于西藏东部地区其他县域单元。通过评价对象间的比对关系可以对样本进行分类, 进而实现西藏东部地区矿山开发强度区划。具体方法选择K均值聚类算法, 计算结果如表1所示。西藏东部地区矿山开发强度综合区划图如图5所示。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 西藏东部地区矿山开发强度分类统计表 Tab.1 Statistical table of mining exploitation intensity in eastern Tibet 开发强度分类 指标值范围 县级单元/个 县级单元名称 大 35.16 1 墨竹工卡 较大 12.21~20.50 6 林周、安多、堆龙德庆、那曲、江达、工布江达 一般 4.68~9.95 19 昌都、尼玛、申扎、桑日、嘉黎、曲松、城关、隆子、尼木、班戈、芒康、曲水、类乌齐、乃东、当雄、察雅、八宿、错那、加查 小 0~3.97 23 波密、左贡、措美、扎囊、达孜、双湖、洛扎、林芝、朗县、察隅、丁吉、贡觉、聂荣、贡嘎、浪卡子、边坝、比如、索县、洛隆、米林、琼结、巴青、墨脱

表1 西藏东部地区矿山开发强度分类统计表 Tab.1 Statistical table of mining exploitation intensity in eastern Tibet

图5

Fig.5

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	图5 西藏东部地区矿山开发强度分区图Fig.5 Distribution map of mining exploitation intensity in eastern Tibet

西藏东部地区矿产资源开发环境遥感监测工作在具体实施周期内取得了明显成果。

(1) 国产卫星遥感影像数据全面替代国外商业卫星遥感影像数据。2012年以来, 西藏东部地区用于矿产资源开发环境遥感监测工作的遥感影像逐渐以国产卫星数据为主, 其中国产卫星数据多为5 m分辨率的全色数据(按覆盖面积计算, 下同), 优于2.5 m全色或多光谱数据占比很少。2013年度, 优于2.5 m分辨率的遥感影像占比首次超过50%, 且国产卫星遥感数据覆盖接近90%, 分辨率明显提升是2013年度矿山疑似违法开采点同比大幅增加的主要原因。但多光谱数据占比不高。2014年度, 西藏东部地区遥感影像空间分辨率与2013年度相比变化不大, 多光谱数据占比仍旧不高。那曲地区的遥感影像数据在监测期内没有明显改善。西藏东部地区遥感影像数据分类统计如图6所示。

图6

Fig.6

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	图6 西藏东部地区遥感影像数据分类统计图Fig.6 Static map of remote sensing data in eastern Tibet

(2) 遥感监测内容进一步丰富, 遥感监测精度与频次明显提升。2012年度, 监测内容上更多侧重于矿山开发状况, 除重点区监测内容外, 还包括矿山开发占地和地质灾害等的监测, 但能够覆盖全区的监测仅有矿山开发状况这一项。2014年度, 全区范围内除矿山开发状况监测内容以外, 矿山开发占地、矿山环境污染、矿山地质灾害等矿山环境内容和矿产资源规划执行情况等检测内容同样要求实现全区覆盖。此外, 受益于国产卫星数据普及所带来的遥感影像分辨率和光谱信息量的提升, 遥感监测精度由1∶ 5万比例尺逐步提升至1∶ 1万比例尺^{[4, 5]}; 重点环境问题区则实现了年内多期次重复监测与动态巡查工作。

(3)综合研究与专题研究得到进一步充实。为了有效延伸地质调查工作链以及充分服务国土资源部、中国地质调查局和地方管理部门的实际需求, 项目在开展过程中有针对性地增加了综合研究和专题研究的内容, 如规划执行情况定量评价、矿山典型地物三维体量分析、矿山开发强度评价与区划等, 实际应用效果良好。

通过3年的遥感监测工作, 西藏东部地区矿产资源开发环境遥感监测技术体系基本建成^[6]。同时, 通过综合研究和专题研究等深化研究工作, 为开展下一阶段西藏东部地区矿产资源开发环境遥感监测工作奠定了良好基础。通过以上分析, 我们认为, 西藏东部地区下一阶段还需要加强以下3方面工作:

(1)重要环境问题区应增加监测期次^[7]。通过在甲玛铜矿区的具体工作, 我们认为对于重要的矿山环境问题区, 以国产卫星遥感影像数据目前的保障程度, 完全可以实现一年内多期次重复监测, 及时准确发现矿产资源开发环境问题。

(2)应加强矿山环境恢复治理工作的遥感监测工作。“ 绿水青山就是金山银山” , 矿产资源开发过程中必然会发生对于土地资源、水资源、景观资源的占用和破坏, 加强监管是开展矿山环境恢复治理工作的前提保障。现有的遥感监测技术水平完全能够保证1∶ 5万尺度的矿山环境恢复治理常态化和过程化监测。因此, 相关管理部门在制定西藏自治区层面的矿产资源总体规划等顶层设计时, 要对此项工作予以充分考虑。

(3)进一步做好成果的社会化服务。要充分考虑部局管理部门、地方管理部门、普通社会公众的特异化需求, 做好成果的按需定制, 选择合适的详细程度和成果表达方式, 做好社会化服务工作。