高分卫星遥感助力云南省地质矿产绿色勘查技术创新与应用

文|李颖 王力 李雁 李卫海 王艳英 谭玉荣 陈晨 刘钱威

1.高分辨率对地观测系统云南数据与应用中心

2.国家国防科技工业局重大专项中心

3.云南省核工业二〇九地质大队

一、引言

云南省位于中国西南部，地处云贵高原，数亿年来地域表层经过了一系列的地壳运动，成矿条件优越[1]。地质资源种类繁多，矿产资源极为丰富，尤以有色金属及磷矿著称，被誉为“有色金属王国”，是得天独厚的矿产资源宝地。同时云南省地形地貌复杂，气候类型多样，拥有丰富的生物多样性和独特的生态环境，是中国重要的生态保护区域。

2015 年以来，云南始终努力建设成为我国生态文明建设排头兵，筑牢国家西南生态安全屏障。习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出，继续推进生态文明建设，必须以新时代中国特色社会主义生态文明思想为指导，正确处理高质量发展和高水平保护的关系。结合《云南省矿产资源总体规划（2021-2025 年）》的矿产资源开发总体要求，在传统矿产资源开发向战略性矿产资源开发转变的形势下，在矿产资源开发利用率不断提升和矿业绿色发展的共同要求下，要依然坚持以地质找矿为基础，通过技术创新保障能源供给，促进资源高效利用，实现云南省矿业资源的高质量绿色发展。

随着时代的发展，遥感技术在地质上的应用也在不断更新。从航空遥感到卫星遥感，从黑白航空摄影到多光谱遥感、高光谱遥感、雷达遥感以及时空数据一体化[2]。随着分辨率的提高，数据获取的准确性和时效性也在不断提升。目前遥感技术逐渐实现大范围、高分辨率的地质信息提取，为地质勘查、资源调查、绿色勘探提供了更有力的支撑。

二、云南省地质矿产资源开发背景

云南省现已发现的矿产有143 种，已探明储量的有86 种。金属矿遍及108 个县（市），煤矿在116 个县（市）发现，其他非金属矿产各县都有。同时云南有61 个矿种的保有储量居全国前10 位，其中铅、锌、锡、磷、铜、银等25 种矿产含量分别居全国前3 位[3]。云南矿产资源具有多样性、富集性、区域分布性、生态环境敏感性的特点[4-6]。这些特点为云南省的矿产开发提供了机遇和挑战，需要在保护环境、实现可持续发展的前提下，合理利用和开发矿产资源。在矿产开发过程中，需要特别关注生态环境保护和生态恢复，以保护珍稀濒危物种和生态系统的完整性。

在实现资源保障与生态文明共赢的要求下，云南省地质勘探工作存在一些问题。

1）勘探范围小，地质信息不完善。云南省地域辽阔，地形多变，地质构造复杂，很多山区无法到达，勘测难度大；导致地质调查和勘探工作相对滞后，地质信息不完善。传统的地质地貌测量只能根据地质图布置线路，工程师前往踏勘取样，碰到悬崖峭壁、深沟则无法通过，由此将耗费大量的人力、物力和财力成本。

2）不规范或非法采矿失察。造成农田植被破坏，弃渣随意乱堆，压占河道农田，引发水土流失、排洪不畅、滑坡泥石流等事故。

3）生态环境受损。云南省的众多矿产资源分布在生态环境敏感区域，矿产资源勘探和开发可能会对生态环境造成破坏。

4）矿山环境相关统计数据数字化程度不足。成果的时相一致性、真实性难以评价，不利于矿产资源管理。因此，云南省在矿产开发中必须注重绿色勘探和环保技术应用，以实现矿产资源的可持续利用。

高分专项自2010 年5 月正式启动实施，至2022 年高光谱综合观测卫星的成功发射，所有高分卫星已实现在轨运行，地面系统稳步推进，性能稳定，数据应用广泛，国产高分辨率卫星数据替代比率已近90%[7]。目前，高分卫星遥感数据已用于地质勘探工作的多个方面。相较于传统勘测技术，卫星遥感具有非接触、宏观获取信息的优势，大范围获取地形、地貌、植被覆盖等地表信息，可以用于矿产资源的初步识别和勘探。由于其高分辨率特点，也能揭示微观构造、地层、岩浆岩和矿化蚀变等信息，协助地质工作者发现矿床的潜在位置，使地质工作更加便利。与传统技术相比，遥感技术能够提高使用者对于实际地面情况的掌握程度，突破传统地质矿产调查技术的限制；高分辨率卫星收集数据信息的速度更加快捷，可在较短时间内实现对较大范围测量对象的数据采集，完善地质数据，提高地质矿产调查的效率。高分一号、高分二号、高分六号卫星具有高空间分辨率的特点，可以在影像中反映出矿山环境现状，对非法违规开采行为进行监测；通过高分辨率卫星数据可以在短时间内实现对地质矿产调查更加综合性的信息获取，如地表植被、地貌、土壤、水文特点等，实现生态环境敏感区的变化预警。高分辨率卫星数据已在地质调查、矿产勘查、地质环境评价、矿产资源调查与评估、矿区规划与管理等方面发挥重要作用。

三、高分卫星系统在地质矿产绿色勘察中的应用

1.地质背景分析

从矿产勘探工作的原理出发，地质背景分析是地质找矿的首要工作。遥感技术能够大面积获取地质信息，如地形、地貌、构造等，经过图像增强技术可以在影像中增加各地质构造的差异性，突出不同的岩性信息，结合人工解译，完成花岗岩、碳酸盐、第四系地层、线性构造等地质解译图，实现大面积的地质调查工作。

高分一号卫星的空间分辨率为2m，在该空间分辨率下可以识别出1∶50000 地质图中的岩性大类以及地质界线。在地质调查等地质工作中，利用高分一号数据，生产云南省1∶50000 柯渡街幅、金所幅、寻甸县幅及三岔幅区域地质调查遥感地质解译图（图1），服务于地质矿产相关科研生产部门。图1 中可以清晰地看出工作区范围内南北向及北东向构造的遥感影像及不同地层在影像中呈现出明显的色彩差异，结合地形地貌特征可勾绘出地质界线，为进一步开展区域地质填图工作提供支撑。

图1 云南省1∶50000 柯渡街幅、金所幅、寻甸县幅及三岔幅区域地质调查遥感地质解译图

在通行不便、人工难以到达的区域，利用高分数据对工作区内的大中型线性构造、第四系地层、碳酸盐岩分布区、侵入岩（花岗岩、霞石正长岩、玄武岩）界线、地质灾害点、人类活动影响区、地貌特征进行提取和识别，开展地质解译工作，替代大部分人工地质调查实地工作，提高了识别工作效率和精度。应用高分卫星缩减了地质勘查成本，节省了20 人3 个月人力，产生了60 万～123 万元经济价值，为合理布置探矿工程、勘探资源量提供重要参考。

2.矿床识别与评价

高分一号数据共有4 个波段，分别为红绿蓝及近红外波段，包含有地物的光谱信息和空间信息。通过光谱特征进行地物识别方法，对矿床进行识别和评价，对发现矿化带和矿化物的分布特征、评估矿产资源具有潜力和价值。

在建水县普雄地区地质调查等地质工作中，利用高分一号数据生产风化壳离子吸附型稀土矿地貌分区图。在人工难以到达的区域或无人区，利用高分卫星遥感数据对羽状山谷、圆顶山、浅剥蚀区等地貌特征的提取、识别，将探矿权范围划分为4 个地貌分区，开展地貌解译工作。通过地质解译、实地勘查，合理布置探矿工程，最终探获资源量达大型规模，共伴生铌、镓、钪、铷等多种有益金属元素亦达大型以上规模，并选定水库东南侧为建水普雄风化壳离子吸附型稀土矿重点工作区，探获了稀土工业矿体。建水普雄风化壳离子吸附型稀土矿地貌分区如图2 所示。利用高分卫星遥感数据识别地貌特征指导风化壳离子吸附型稀土矿找矿工作属云南省内首创，在识别工作区内隐伏线状构造、通行不便地区地质界线、第四系断陷盆地及湖泊边界等方面发挥较大优势。在此项工作中，缩减了地质勘查成本，节省了10 人2 个月人力，产生了26 万～86 万元经济价值。

图2 云南省建水县普雄风化壳离子吸附型稀土矿地貌分区图

3.矿山环境监测

高分卫星遥感数据可以监测出矿山区域的环境变化和影响，如土地利用变化、水体污染、植被覆盖等，并及时发现矿山对环境的影响，为环境保护和绿色矿产勘查提供支持。

通过高分卫星遥感数据监测，对云南省曲靖市糯木村矿山开采现状进行监测，对不同时期矿山卫星遥感影像进行对比，了解矿山开采活动，监控矿山是否存在越界开采行为，开采行为是否合法、合规、合理，开采活动是否按照矿山开发利用方案实施以及越界开采被行政处罚后矿山的整改情况，土地复垦及植被恢复情况，台阶及边坡的稳定性（地质灾害）情况等。图3 为应用高分二号数据生产的糯木村矿山环境地质遥感解译图斑分布图。从图3中可以识别出能源矿产集中区矿山及矿山固体废弃物分布特征，为后期能源矿产集中区矿山环境生态修复提供准确的数据支撑。

图3 糯木村矿山环境地质遥感解译图斑分布图

4.矿产资源管理

高分卫星遥感数据可以对矿产资源进行管理和监测，如矿产开发程度、矿产储量等。通过遥感图像分析，实时监测矿产资源的开发状况，提供决策支持和资源管理的依据。

在临沧市临翔区矿山开采现状信息管理中，应用高分一号数据生产临沧市临翔区三个矿山开采现状监测对比图（图4），支撑临沧市临翔区国土部门及时掌握矿山企业开采现状信息，服务频次为1年1 次。高分卫星遥感数据每年能覆盖全区100%的区域，实现全区的矿山开采现状信息监管。使用高分卫星遥感数据开展监测矿山现状调查工作之后，业务经费较之前的调查方式节省50%。使用高分卫星遥感数据对露天开采的矿山进行监测，避免了大量野外工作以及野外工作中对环境的破坏，极大地减少了矿山现状测量工作人员的工作量，同时降低了监测成本，使地质矿产数据实现动态化反映。通过遥感技术能够突破传统的静态地质矿产调查技术限制，使整体地质矿产调查结果更加满足现代化地质矿产调查需求。

图4 临沧市临翔区三个矿山开采现状监测对比图

5.矿产勘查规划

高分卫星遥感数据可以提供区域的地貌、地形、水文等信息，辅助矿产勘查规划的制定。通过图像分析，确定勘查区域的优先级和方向，提高勘查工作的效率和准确性，指导绿色勘查工作的开展。利用高分卫星遥感数据提前对工作区的生态环境现状进行评估，有效识别地质勘查区林地、耕地、生态红线等地类分布情况，科学划定勘查区范围和路线，有针对性地部署地质勘查工作，选取最优方式开展设计及野外定位。利用高分卫星遥感数据无接触、大范围获取地理信息的优势，制定科学绿色的勘探规划，极大提高勘探效率，节省人力物力的同时，保护生态系统的完整性。

四、结论及展望

绿色勘探是未来地质矿产勘探的必行之路，在保障矿产资源供给的前提下，做到最大限度地减少对环境的影响，保护生态系统的完整性和可持续性。高分卫星遥感数据在地质背景分析、矿床识别与评价、矿产管理、矿山环境监测、矿产勘查规划的矿产勘探工作中充分体现了致广尽微的优势，为地质信息获取提供宏观且具有细节的影像数据，助力实现地质矿产勘探时空数据一体化，提升勘探效率。同时高分卫星遥感数据促使地质工作者创新工作方法，探寻绿色勘探技术，完善矿产资源的综合管理办法。高分一号、高分二号、高分六号卫星由于高空间分辨率使用率较高，其余高分卫星遥感数据使用率较低，技术方法以地质解译和遥感监测为主。在未来工作中高分卫星数据要继续发挥无接触获取大范围地理信息的优势，丰富数据类型，挖掘高光谱数据中的信息，创新技术方法，充分开发高分卫星遥感数据效能。总之，高分系列卫星在绿色矿产勘探领域依然有巨大的发展潜力，这需要地质工作者和遥感技术人员在未来实践中不断探索。