冕宁牦牛坪稀土矿是我国第二大稀土(rare-earth elements, REE)矿产地, 稀土矿开采始于20世纪80年代末期, 在当时“ 大矿大开、小矿小开、有水快流” 的政策背景下, 在不足2 km²的范围内, 矿产采选企业曾多达100家以上。多年来, 稀土矿资源的大量开采, 在拉动地方经济发展的同时, 也引发了一系列地质环境问题, 严重影响了该地区经济和社会的健康发展。

本研究采用2013年5月21日获取的SPOT6卫星遥感图像, 空间分辨率为1.5 m。对图像进行了正射纠正、融合、镶嵌和坐标转换等预处理, 可以满足1:2.5万比例尺的矿山环境信息识别及提取精度。

2.1.1 遥感解译标志

根据研究区矿山环境实际情况, 将所提取的6类矿山地物信息进一步细化, 细化后的14种主要图斑类型如表2所示; 主要矿山地物的遥感解译标志如图1所示。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 主要矿山地物遥感解译标志 Tab.2 Remote sensing interpretation keys of main objects in mining area 矿山地物 图斑类型 遥感解译标志 序号 类别 序号 类别 1 矿山地质灾害 1 滑坡 滑坡周界一般呈簸箕形, 也有些呈舌形、梨形、匙形等 2 泥石流 泥石流主要由泥石流物源区、泥石流沟和堆积区3部分组成 3 不稳定边坡 采矿废渣沿山坡堆放, 形成较陡斜坡 2 矿山土地压占 4 固体废弃物 主要包括废石堆、排土场、煤矸石堆和尾矿库等, 一般在矿山附近堆放 5 中转场 矿山采场附近用于堆放矿石场所、矿山选矿厂和洗矿厂等 6 采场 一般要低于周围地形, 呈规则团块状图斑, 具有较规则条带状纹理 7 矿山建筑 矿山办公和生活使用的建筑 3 矿山环境污染 8 水体污染 河道内水体颜色差异显著, 可辨别出排污口 9 粉尘污染 矿山附近图像色调、清晰度明显下降, 呈团块状、条带状分布 4 矿山恢复治理 10 复绿治理 呈规则团块状, 存在规则条带纹理, 复绿植被纹理均匀, 图斑边界清晰 11 灾害治理 有拦渣坝、挡土墙和排水沟等治理工程 5 尾矿库分布 12 尾矿渣 选矿尾矿堆积场所, 一般呈规则团块状, 可清晰区分拦挡坝 6 矿山开采点 13 采矿硐口 主要为点状图斑, 有断头路、轨道印迹与矿石堆和选矿厂相连 14 露天开采面 规则团块状图斑, 有开采纹理, 低于周边地形, 色调与矿体或围岩相关

表2 主要矿山地物遥感解译标志 Tab.2 Remote sensing interpretation keys of main objects in mining area

图1

Fig.1

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	图1 主要矿山地物遥感解译标志Fig.1 Remote sensing interpretation keys of main objects in mining area

2.1.2 解译精度分析

按照矿山监测相关技术规范要求^[9], 在研究区内共解译出矿山地物图斑416个; 选择解译中存在疑问和随机抽查图斑共55个进行了野外验证。验证结果表明, 55个验证图斑中解译准确的有51个, 解译准确率为92.73%。其中, 矿山地质灾害、矿山开采点和尾矿库未出现误判图斑, 矿山环境污染和矿山环境恢复各有1个误判点, 矿山土地压占有2个误判点。验证后对误判图斑均进行了修正。因此, 本文解译的矿山地物类型总体上准确可靠。

在掌握矿区地物信息基础上, 将矿山环境与矿山开发信息综合, 区分其开发利用状态(正在利用或已关闭废弃)和所属主体(企业名称或无主矿山), 编制矿山地质灾害、矿山占地、矿山环境污染、矿山开采点、矿山环境恢复和尾矿库分布等专题图件; 最后综合叠加各专题图件的信息, 参照《四川省矿产资源总体规划》中关于推进矿山环境恢复治理的相关内容, 有针对性地提出矿山环境恢复治理区划及建议。矿山环境综合分析流程如图2所示。

图2

Fig.2

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	图2 矿山环境综合分析流程Fig.2 Flow chart of comprehensive analysis for mine environment

1)矿山开发。共解译出稀土矿开采点9个(包括2个采矿硐口和7个露天开采面), 其中正在利用的开采点5个, 其余4个处于关闭或废弃状态, 属于矿业整治工作开展前无主矿山开采(图3(a))。根据矿产资源规划等资料分析, 牦牛坪稀土矿区在2006年矿业整治前有100余家矿山乱采滥挖, 2010年矿业整顿治理结束后区内仅保留2家大型矿山进行规范生产。综合分析结果表明, 矿区开采秩序已得到一定程度的规范, 明确了治理主体, 其中2006年以前无主矿山开采形成的环境问题由政府主导治理, 2010年整顿治理后矿山开采形成的环境问题由采矿企业主导治理。

图3

Fig.3

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	图3 矿山专题信息提取图斑分布图Fig.3 Distribution of image spots extracted from mine feature information

2)矿山占地。2013年对矿区进行的遥感调查共发现矿山占地837.70 hm², 其中正在利用矿山占地面积449.91 hm², 停止利用矿山占地面积387.79 hm²(图3(a))。结合矿山开采状况的解译结果, 进一步对不同占地类型所属开采主体和占地状态分别进行了统计。综合分析表明, 矿区内废弃矿渣占地问题严重, 有必要在区分不同利用状态(在利用或已废弃)下进行复绿和复垦治理。

3)矿山地质灾害。共解译出地质灾害点及隐患点10个, 其中泥石流3个、滑坡1个、不稳定斜坡6个(图3(b)); 结合矿山开采状况的解译结果, 进一步对引发各矿山地质灾害的矿山开采企业主体及相关采矿活动状态进行了统计。综合分析表明, 区内泥石流和不稳定边坡对矿区内的设施与河流存在威胁, 是矿山地质灾害治理的主要目标。

4)矿山环境污染。解译出污染河流长度20.15 km, 污染水域面积200.28 hm²(图3(c))。主要水体污染物质包括有放射性的稀土元素氧化物(rare-earth oxides, REO)二氧化钍(ThO₂)和重金属元素Pb, Cr, Cd等^[10]; 水污染主要由废弃矿渣淋滤作用及选矿废水排放造成。

5)尾矿库。解译出稀土矿尾矿库182.73 hm², 其中在采矿山新建尾矿库53.31 hm², 正在利用尾矿库7.78 hm², 已废弃或停用尾矿库121.64 hm²(图3(c))。研究区内尾矿渣富含多种稀有元素, 具有综合利用前景, 可利用的主要矿物有萤石、重晶石和细粒氟碳铈矿。已有研究表明, 采用合适的回收方式, 萤石的回收率可达到75.69%, 品位为98.30%, 达到国家一级品水平; 稀土的总回收率可达82.83%^[11]。目前主要存在的问题是符合商业化、规模化的选矿工艺还存在技术难度。建议国家可将该类尾矿库作为潜在资源储备。综合分析表明, 区内废弃尾矿库既有资源保护价值, 也是造成水体污染重要因素, 因此对废弃尾矿库的保护治理工作尤为必要。

6)矿山环境恢复。解译出恢复治理区5处, 其中地质灾害治理区1处、主要针对尾矿库治理的植被复绿及灾害治理区4处, 共完成恢复治理面积约58.09 hm²(图3(b))。2013年7月17日冕宁县牦牛坪稀土矿区遭受了特大暴雨, 引发的泥石流灾害使19.68 hm²恢复治理区遭受破坏, 占已恢复治理面积的33.88%, 冲走尾矿渣约1万余t。

3.1.1 区划原则

确定矿山环境综合治理区划的原则时, 既要考虑当地的地质环境条件, 也要考虑区域社会经济特征^{[12, 13]}。

1)结合实际的原则。对已关闭或废弃矿山开展全面的恢复治理; 对正在利用的矿山则以地质灾害和环境污染防治为主, 矿山复绿等工作待停止开采(或停止使用)后再进行。

2)区分矿山环境影响主体的原则。在划分恢复治理区时, 需要区分不同矿山企业采矿引发的矿山环境问题与历史遗留的矿山环境问题, 以便确定恢复治理主体。

3)综合分析研究原则。由于影响矿山环境的因素很多, 矿山治理所涉及的问题大多是由多种因素共同作用的结果, 因此矿山环境治理区划分需要在对影响因素作综合分析研究的基础上进行。

3.1.2 区划方案

以牦牛坪稀土矿区的矿山开发状况和矿山环境遥感解译及综合分析成果数据为依据, 基于矿山环境综合治理区划原则, 对不同区域存在的矿山环境问题、治理措施和矿山开采状况等信息进行组合分析, 并在多次听取专家意见的基础上, 将牦牛坪稀土矿区划分为4种地质环境综合治理划区类型, 即矿山地质灾害与矿山复绿综合治理区(Ⅰ )、尾矿资源保护与水污染防治区(Ⅱ )、河道疏通治理区(Ⅲ )和矿山地质灾害防治区(Ⅳ ), 详见表3。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 矿山环境综合治理区划分类 Tab.3 Comprehensive management division and classification of mine environment 区划名称 区划依据 矿山地质灾害与矿山复绿治理区(Ⅰ ) 主要针对关闭或废弃矿山地区。区内存在固体废弃物占地、矿山地质灾害等问题; 固体废弃物难以自然恢复, 矿山地质灾害则存在明确威胁对象, 未进行过有效防护治理 尾矿资源保护与水污染防治区(Ⅱ ) 主要针对关闭或废弃矿山尾矿库区域。尾矿库具有未来资源综合利用前景, 且因修建不合理造成了水体污染; 目前虽然对尾矿库采取了治理措施, 但仍未彻底解决污染问题 河道疏通治理区(Ⅲ ) 主要针对泥石流、山洪等导致的矿山废渣堆积于河道内, 造成河道堵塞等问题 矿山地质灾害防治区(Ⅳ ) 针对开采矿山范围内, 目前采矿已经产生地质灾害, 灾害体存在明确威胁目标; 或目前虽然对部分矿山地质灾害进行了整理, 但仍未彻底解决灾害隐患

表3 矿山环境综合治理区划分类 Tab.3 Comprehensive management division and classification of mine environment

根据建立的矿山环境综合治理区划原则和方案, 将牦牛坪稀土矿区划分为10个治理区划(图4), 涉及到4种区划类型:

图4

Fig.4

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	图4 牦牛坪稀土矿区矿山环境综合治理区划图Fig.4 Comprehensive management zoning map of mine environment in Maoniuping rare-earth mining area

1)矿山地质灾害与矿山复绿治理区(Ⅰ )。本治理区划有2个分区(Ⅰ ₁和Ⅰ ₂), 位于牦牛坪稀土矿区西北和西南部, 地势陡峭, 岩体破碎, 属矿业整治前稀土矿采矿遗留的采场、中转场和废石堆等地物类型; 目前已停止开采, 属无主废弃矿区。治理区内主要地质环境问题是矿山地质灾害、土地损毁和脆弱的地质环境条件。

2)尾矿资源保护与水污染防治区(Ⅱ )。本治理区划有3个分区(Ⅱ ₁, Ⅱ ₂和Ⅱ ₃), 位于牦牛坪稀土矿区中南部河道内, 属矿业整治前稀土矿选矿厂沿河道修建的尾矿库, 目前已基本停止使用, 对部分尾矿库已进行了恢复治理工作。主要地质环境问题是尾矿库修建简陋, 坝体均由矿渣堆积建成, 位于陡峭山谷前缘河道内, 受水流冲刷、侵蚀作用, 尾矿受损严重, 并造成了次生地质灾害、河道水体污染和资源浪费等问题。

3)河道疏通治理区(Ⅲ )。本治理区划有2个分区(Ⅲ ₁和Ⅲ ₂), 位于牦牛坪稀土矿区南部和东部河道内, 属矿业整治前稀土矿开采废渣、废土沿河道随意堆放区域。主要地质环境问题是长期受雨水、河水冲刷作用下形成的河道淤积。

4)矿山地质灾害防治区(Ⅳ )。本治理区划有3个分区(Ⅳ ₁, Ⅳ ₂和Ⅳ ₃), 位于牦牛坪稀土矿区西北部和西部, 属目前正在开采利用的矿业活动区。存在的主要问题是, 受特殊地形地貌条件限制, 稀土矿露天开采产生的固体废弃物难以找到合适的地点堆放, 通常沿山沟和山坡堆放, 形成地质灾害隐患。