遥感技术在矿山地质灾害中的应用评价

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　　摘要：煤矿区是一种以资源开发与利用为主发展起来的特殊地理区域,由于资源过度开采对区域的持续累积影响,引发了严重的环境损害与地质灾害,如地面塌陷、矸石山爆崩、滑坡、冲击地压等频繁发生。本文介绍遥感技术的涵议及在矿山地质环境调查中的作用，并结合遥感技术在地质调查工作中的应用实例进行了相关探讨。
　　
　　关键词：遥感技术；矿山地质灾害；应用评价
　　
　　一、遥感技术的涵义
　　1、遥感的定义
　　“遥感”,顾名思义,就是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式-电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。
　　 2、遥感技术的特点
　　①遥感具有宏观性和直观性。②遥感获取资料的速度快、周期短、而且能反映动态变化。③遥感使用的电磁波各波段之间,性质差异很大,用途也很不相同。④遥感获得的信息量巨大。⑤遥感技术的应用受地面条件限制少,可用于自然条件恶劣、地面工作困难的地区。⑥经济效益好,成本低,收益高。由此可见,遥感技术在自然灾害的调查、监测和预测中具有显著优势。当前,遥感技术在分析、预测、评估自然灾害造成的损失方面正发挥越来越大和不可替代的作用。
　　
　　二、遥感技术在矿山地质环境调查中的作用
　　1)遥感解译是矿山地质环境调查不可缺少的技术方法之一。从技术方法角度讲,遥感解译是矿山地质环境调查的技术方法之一。利用航、卫片进行遥感解译,具有直观、真实、准确、实效性强等特点。矿山地质环境调查的技术方法包括地面调查、遥感解译、样品测试、动态监测以及轻型山地工程等,特别是遥感解译,能提高调查研究的水平。2)利用遥感技术进行矿山地质环境调查,能起到事半功倍的效果。通过大比例尺地面调查和高分辨率的遥感解译相结合的工作方法,能快速圈定矿山环境地质问题的类型、形态、空间分布、规模及其外围地质环境条件,便于进行定性和定量的分析研究,提高矿山地质环境调查工作的质量和效率,对矿山地质环境调查与评价起到重要作用。3)遥感技术的特点为在矿山地质环境调查中的应用提供了可能。卫星遥感技术的快速发展,为我国矿山地质环境遥感调查提供了可能。遥感技术具有探测范围大、周期短、信息量大、资料获取速度快、客观真实、动态性强以及资料收集不受特殊地形限制等突出特点。发挥大比例尺遥感影像在调查中的作用,是区域地质环境调查最有效的手段之一,对矿山环境地质问题具有良好的解译效果。
　　
　　三、应用实例分析
　　 2002年10月,作者参加了某矿区的矿山地质环境野外调查工作,应用Quick Bird遥感数据对煤矿开采引发的地质灾害进行调查,研究了不同类型地质灾害(塌陷坑、地面沉陷、地裂缝)的遥感影像特征,对矿区地质灾害现状、成因、分布规律特点和调查精度进行了分析评价。
　　1、塌陷坑
　　 塌陷坑是地下矿产资源开采引发的局部地面塌陷,以第四系覆盖的农业区居多。由于开采煤层较浅,矿层顶板为碳酸岩且厚度较薄,受外力或降水影响,经常发生地面垂直塌落现象,形成小面积的塌陷坑。
　　 实地观察发现,地面塌陷形成的塌陷坑,一般直径从3~30 m不等,塌陷深度一般2~3 m。多数塌陷坑的坑壁陡直,无法耕种,随着时间推移坑壁坍塌变缓,底部生长杂草,较大的塌陷坑经过改造还种上庄稼。遥感图像上塌陷坑呈独立的环形或椭圆形斑点、斑块状,呈独立个体成群分布,色调明暗不同。坑内植被呈微红色。由于塌陷坑是有一定深度的负地形,在阴影作用下,立体效果明显。与正地形(如坟墓、独立树冠)相比,形成的立体效果正好相反。塌陷坑的阴影出现在环形图斑内侧的下半部分,而土堆形成的阴影出现在环形图斑内侧的上半部分,这是塌陷坑判断正确与否的重要标志。有的塌陷坑虽已填平,但从隐约可见的浅色环状还
　　能看出塌陷坑的轮廓。有的虽未形成塌陷坑,但小幅地面沉降造成土壤结构和水分含量的变化已经显现出塌陷坑的轮廓。
　　 2、地面沉陷
　　 地面沉陷是地下矿产资源开采引发地面不均匀沉降,主要发生在第四系覆盖的农业区。由于地下采空区打破了原有的应力平衡,当矿层顶板无法支撑上覆地层压力时,便发生整体大面积塌落现象,形成地表一定范围的不均匀沉降。
　　 实地观察发现,地面沉陷面积比塌陷坑大的多,沉降幅度比塌陷坑小的多,一般只有几十厘米。地裂缝出现在沉陷区边缘,有时多条地裂缝同时出现,呈平行排列。裂缝两侧地形高差变化明显。由于第四系沉积物松散,地裂缝深度很小,裂缝宽度只有几厘米~十几厘米,容易被自然或人为扰动而消失。特别是经农业耕作改造后,形成舒缓波状微型地貌,并保持了原有播种方向和农田格状结构。但大多数地裂缝已经消失,只有水泥路面依旧保留着地裂缝的痕迹。
　　 遥感影像中的地面沉陷显著特征是沉降区边缘形成有一定高差、宽1~2m、长数十米~上百米的不规则封闭、半封闭的环形带或条带影像,有时呈断断续续的带状。在环形带的上方(图1 A处,向阳面)色调较亮,下方(背阴面, B处)色调较暗,这种明暗色差变化的原因是沉陷形成的负地形,造成地形坡度、坡向突变,改变了光线入射角使局部光谱反射能量改变所致。在图2中,剖面亮度值得到了验证。地面沉陷区的形状与农田中的道路、田埂和植物行距排列极不协调,与自然地形坡度有显著地影像差别,是非人为因素迹象。受采空区面积影响,沉陷区具有一定的宽度,面积从数百平方米至数万平方米不等。通过微地貌的变化可以推断地裂缝的位置,据此,可以圈定并计算沉陷区的面积。沉陷区按形状可划分为环状、带状和平行状等沉陷类型。
　　
　　 图1地面沉陷剖面位置
　　
　　
　　
　　 图2地面沉陷剖面亮度值
　　 3、地裂缝
　　 地裂缝在基岩裸露和平原农业区都有发生,是地下矿产资源采空区应力失衡引发的岩石钢性变形。开裂的程度、规模受控于地质构造、开采厚度、深度、岩性及第四系覆盖层厚度。
　　实地观察发现,基岩以岩石张裂、断裂为主要特征,致使岩石垂直裂开影响到地表。第四系覆盖区则以地面沉陷区边缘的拉张性地裂缝为主。主要特征是裂缝两侧地形高差变化很小或没有变化,未形成沉陷区。基岩山区张裂型地裂缝规模大,整个山体裂开宽度达1~3m,长达数百米,小型地裂缝不足10 cm,长度几米~几十米。大量地裂缝造成地下水・渗漏,水土流失严重,山上大部分果树枯死,只有稀疏的荒草。
　　 在遥感影像中,发生地裂缝处的地表和浅层土壤结构发生了变化,造成局部土壤含水量增加、湿度增大或透水性增强、湿度减少。甚至地裂缝的产生使植物种类(缝内生长杂草)、长势发生变化,形成色调和纹理上的光谱差异。平原区地裂缝一般规模较大,呈线状影像特征。规模小的地裂缝隐约可见,尚未影响农业种植,具有地面沉陷地裂缝的影像特征。有的沿已有老地裂缝向前延伸,呈现或明或暗的直线、折线状。有的则呈交叉或平行排列格局。有时
　　穿过农田形成一定落差的断陷陡坎,在遥感影像上具有不同的影像特征。山区规模较大的地裂缝呈条带状,裂缝内有植被呈暗红色。缺乏表土覆盖的小地裂缝,宽度10~20 cm,但从放大的遥感图像可以发现其踪迹,呈折线状断续分布(图3)。按地裂缝形状类型可划分为直线型、断续型和交叉型。
　　
　　 图3采矿造成的山体开裂
　　 高分辨率卫星遥感图像提供了矿山地质灾害的丰富特征信息,具有宏观、准确、高效的特点,是矿山地质灾害和生态环境调查行之有效的手段之一。在一定条件下能为某些地质灾害的发生、发展提供预测指示信息,为综合治理提供科学依据。
　　
　　
　　参考文献：
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　　 [3] 王晓红,聂洪峰等.高分辨率数据在矿山开发状况现状监测中的应用效果比较[J].国土资源遥感, 2004, (1)

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