Desde la exploración hasta el cierre de la mina: Gestión del ciclo de vida de los recursos minerales con el apoyo de la tecnología de teledetección.

La tecnología de teledetección, con sus ventajas de ser sin contacto, de amplio alcance, multitemporal y de alta resolución, se ha convertido en un medio de apoyo fundamental para la gestión integrada "espacio-aire-tierra-pozo" de los recursos minerales a lo largo de todo su ciclo de vida, abarcando etapas importantes como la exploración geológica, la construcción de minas, la producción minera, el cierre de minas y la restauración ecológica. Este documento, basado en las normas nacionales vigentes, como las "Reglas generales para la exploración geológica de minerales sólidos" (GB/T 13908-2020), la "Clasificación de reservas de recursos minerales sólidos" (GB/T 17766-2020) y las "Especificaciones técnicas para el seguimiento y la evaluación de la recuperación de terrenos mineros y la restauración ecológica" (GB/T 43935-2024), desarrolla sistemáticamente las vías de aplicación específicas y los casos típicos de las tecnologías de teledetección multi/hiperespectral, InSAR y UAV en sus distintas etapas. Esto incluye la extracción de información sobre alteraciones en la etapa de exploración, estudios ambientales de referencia en la etapa de construcción, monitoreo dinámico y alerta temprana de desastres geológicos en la etapa minera, y evaluación del efecto de la restauración de la vegetación y la restauración ecológica en la etapa de cierre de la mina. Además, analiza las ventajas, limitaciones y tendencias de integración inteligente de la tecnología de teledetección, junto con una revisión bibliográfica, proporcionando una referencia para la exploración minera y la gestión sostenible.

Según el artículo 4.2 de GB/T 13908-2020, la exploración geológica se divide en prospección general, prospección detallada y exploración. La tarea principal de la etapa de prospección general es delimitar las áreas prospectivas y estimar las cantidades de recursos inferidas. La etapa de prospección detallada se centra en la verificación de anomalías y el control de la estimación de la cantidad de recursos. La etapa de exploración se dedica a comprobar las cantidades de recursos y presentar un informe de estudio de factibilidad. La tecnología de teledetección desempeña un papel fundamental en la planificación de este proceso. Su enfoque técnico se basa principalmente en la interpretación estructural macroscópica, la identificación litológica y la extracción de información sobre la alteración de la mineralización para lograr una evaluación rápida a gran escala. La teledetección hiperespectral/multiespectral (WorldView-3, GF-5, ASTER) puede extraer con precisión minerales de alteración hidrotermal como manchas de hierro, grupos hidroxilo (Fe-OH, Mg-OH) y carbonatos (p. ej., caolinita, sericita), delimitando así halos de alteración como indicadores indirectos de exploración mineral. Combinando los datos DEM para la interpretación de fallas, pliegues y estructuras anulares, se pueden identificar rápidamente áreas de mineralización favorables (Chen et al., 2023). Durante la fase de prospección y exploración detallada, se construyen modelos geológicos tridimensionales de alta resolución utilizando tecnología hiperespectral/lidar de UAV para optimizar la disposición de pozos, trincheras y excavaciones, y para ayudar en la estimación preliminar de cantidades de recursos. Chen et al. (2023) realizaron un estudio sobre la extracción de información de alteración hidrotermal en el área de Beishan-Tongshan de la provincia de Gansu utilizando datos de WorldView-3. Lograron identificar y clasificar anomalías de alteración de diferentes intensidades utilizando análisis de componentes principales y ajuste de características espectrales. Este estudio confirmó el alto grado de concordancia entre las anomalías de teledetección y los resultados del muestreo de campo, proporcionando soporte de datos de alta precisión para la selección del área objetivo y la verificación en terreno durante la fase de prospección general.

Figura 1. Resultados de la extracción de anomalías de alteración multibanda de WorldView-3

(Chen et al., 2023)

A: Anomalía de Mg-OH; B: Anomalía de Fe-OH;

C: Anomalía en la tinción de hierro; D: Anomalía en el carbonato

La Figura 1 muestra la zonificación detallada de cada tipo de alteración mediante la comparación de la distribución espacial, lo que proporciona una referencia importante para el trazado de la ruta de reconocimiento y la verificación cartográfica y de ingeniería en la etapa de estudio general.

Figura 2. Mapa de distribución de anomalías de alteración hidrotermal extraídas de datos de WorldView-3 en el área de Tongshan (Chen et al., 2023).

La figura 2 muestra los diferentes colores utilizados para indicar la intensidad de las anomalías de Fe-OH, Mg-OH, tinción de hierro y carbonato. Los puntos de verificación de campo superpuestos (puntos verdes) y las ubicaciones de las áreas mineras (pentagramas morados) demuestran claramente la relación de superposición entre la alteración y la tectónica, lo que guía directamente la delimitación de las áreas objetivo.

Los estudios de viabilidad, el diseño de la mina y la construcción de infraestructuras se realizan de acuerdo con la norma GB/T 17766-2020. La aplicación de la tecnología de teledetección en esta etapa se centra en los estudios ambientales de referencia, basados ​​en imágenes satelitales multitemporales, que adquieren datos de referencia sobre el uso del suelo, la cubierta vegetal, la topografía y los aspectos ecológicos previos a la construcción para proporcionar apoyo cuantitativo a la Evaluación de Impacto Ambiental (EIA); y en la utilización de teledetección con vehículos aéreos no tripulados (UAV) de alta resolución para generar modelos tridimensionales del terreno (DTM/DSM) que ayuden en la selección del emplazamiento de plantas, carreteras, balsas de relaves y escombreras, evitando posibles riesgos geológicos (GB/T 43935-2024, cláusula 6.1), logrando así la prevención temprana de riesgos ambientales y los objetivos de cumplimiento de la construcción sostenible.

Durante la fase de explotación minera a gran escala, es necesario supervisar en tiempo real la dinámica de producción, los riesgos para la seguridad y los impactos ambientales (de acuerdo con los requisitos de la norma DZ/T 0392-2022 "Especificación técnica para la monitorización remota del entorno minero"). La tecnología de teledetección permite una monitorización dinámica de alta frecuencia.

1. Monitoreo del progreso minero y el uso del suelo: Basándose en imágenes satelitales/UAV de múltiples fuentes, se puede realizar un seguimiento preciso del proceso de expansión de las minas a cielo abierto, la dinámica de la acumulación de sobrecarga, la deformación de las presas de relaves y la transformación del tipo de cobertura del suelo. Mi et al. (2019) utilizaron datos continuos de imágenes Landsat y un clasificador de bosque aleatorio en el área minera de carbón en los suburbios del sur de la provincia de Shanxi para revelar cuantitativamente los cambios en el uso y la cobertura del suelo causados ​​por la minería subterránea y la recuperación de tierras desde 1987 hasta 2017, y representaron con precisión las características del patrón espacial de la expansión del área minera y la restauración de la vegetación.

Figura 3. Clasificación continua del uso y la cobertura del suelo desde 1987 hasta 2017.（Mi et al., 2019）

2. Alerta Temprana de Desastres Geológicos y Monitoreo de Deformaciones: La tecnología InSAR es una herramienta fundamental para monitorear el deslizamiento de taludes, el asentamiento de zonas de explotación y la estabilidad de presas de relaves, permitiendo la observación continua de deformaciones a largo plazo con precisión milimétrica. Fadhillah et al. (2024) emplearon una técnica mejorada de InSAR de dispersores combinados (ICOPS) en la mina de hierro a cielo abierto de Moksan en Corea del Norte, combinada con un algoritmo de optimización de aprendizaje profundo para procesar datos de series temporales de Sentinel-1. Los resultados del monitoreo mostraron que el asentamiento acumulado del montón de escombros oriental alcanzó los 170 cm, y el del montón de escombros occidental alcanzó los 70 cm, con una tasa máxima de asentamiento anual superior a 15 cm/a. Este estudio, a través de mapas de tasa de deformación espaciotemporales y análisis de perfiles, reveló la ley de evolución espaciotemporal del asentamiento inducido por la minería, proporcionando evidencia cuantitativa para la alerta temprana de estabilidad de taludes y la prevención de desastres.

Figura 4. Mapa de distribución de la tasa de deformación acumulada InSAR de la mina de mineral de hierro a cielo abierto de Mushan (Fadhillah et al., 2024).

El degradado de color en el diagrama muestra la tasa de deformación anual promedio, que, al superponerse al límite del área minera, contribuye directamente a la gestión de la seguridad durante la fase de producción.

Figura 5. Análisis del perfil de deformación acumulativa InSAR del área de mineral de hierro a cielo abierto de Mushan desde 2016 hasta 2022 (Fadhillah et al., 2024).

(a) y los resultados de la deformación del perfil de las secciones del vertedero oriental A–Aʹ; (b) y B–Bʹ; (c) y las secciones del vertedero occidental C–Cʹ; (d) y D–Dʹ I.

Las múltiples líneas de perfil en la figura muestran el hundimiento acumulado y los cambios de elevación en diferentes momentos, cuantificando las características espaciotemporales de la deformación inducida por la minería.

3. Evaluación de la calidad ecológica: Mediante la construcción de un índice ecológico de teledetección específico, se puede lograr una caracterización cuantitativa del estrés de la vegetación, la contaminación del suelo y del agua, y la fragmentación del paisaje. Song et al. (2023) construyeron el Índice Ecológico de Teledetección de Mineral de Hierro (IM-RSEI) basado en datos Landsat para el área densamente poblada de mineral de hierro de Qian'an-Qianxi, integrando siete indicadores: cobertura vegetal, verdor del suelo desnudo, humedad, partículas de carbono negro, temperatura superficial, óxidos de hierro y fragmentación del paisaje. Este estudio reveló que la calidad ecológica mostró una tendencia de "deterioro seguido de mejora" entre 1992 y 2018, con un valor medio de IM-RSEI del área minera (0,5412) significativamente menor que el de la zona de amortiguación circundante, lo que confirma el impacto negativo de las actividades mineras en la ecología circundante.

Figura 6. Distribución espacial de IM-RSEI en QR desde 1992 hasta 2018 (Song et al., 2023)

Después del cierre de la mina, la aceptación de la recuperación y la gestión a largo plazo deben llevarse a cabo de acuerdo con las disposiciones del Capítulo 8 de GB/T 43935-2024. En esta etapa, la tecnología de detección remota se convierte en una herramienta para la evaluación de efectos y la protección a largo plazo. Sus aplicaciones incluyen principalmente: monitoreo de la restauración de la vegetación y los procesos de remodelación del suelo basados ​​en NDVI y EVI multitemporales; seguimiento de la dinámica de la subsidencia residual en el área de explotación utilizando tecnología InSAR; y cuantificación de los efectos de la remodelación topográfica, la recuperación de tierras, la química del suelo y del agua, y la restauración del ecosistema a través de los índices RSEI/IM-RSEI, proporcionando soporte de datos para la aceptación de la recuperación (Artículo 8.4 de GB/T 43935-2024). Hu et al. En 2022, se monitoreó el estado de restauración de la vegetación en el área de recuperación del vertedero de la mina de carbón a cielo abierto de Antaibao, basándose en datos multitemporales de Landsat, y se cuantificó la cobertura vegetal y la tendencia de crecimiento de la biomasa después de la recuperación mediante mapas de distribución espaciotemporal NDVI. Este estudio confirmó un aumento significativo en la cobertura vegetal después de la recuperación al comparar los mapas NDVI antes y después de la misma.

Figura 7. Análisis de series temporales del NDVI a escalas espaciotemporales en el vertedero sur (Hu et al., 2022).(a) Resultados del análisis de regresión univariante; (b) Resultados del análisis de tendencias Sen+MK.

SI, NSI, NSD y SD representan aumento significativo, ningún aumento significativo, ninguna disminución significativa y disminución significativa, respectivamente.

Las ventajas de la tecnología de teledetección a lo largo de todo el ciclo de vida de los depósitos minerales radican en su naturaleza sin contacto, macroscópicamente eficiente, respetuosa con el medio ambiente y de baja perturbación. Puede formar un sistema tecnológico de circuito cerrado con verificación de campo, exploración geofísica y geoquímica, y control de ingeniería (Capítulo 5 de GB/T 13908-2020; Cláusula 4.2 de GB/T 43935-2024). La aplicación integrada de inteligencia artificial y tecnología de fusión de datos de múltiples fuentes (satélite + UAV + InSAR) mejora aún más la precisión y confiabilidad del monitoreo por teledetección (Chen et al., 2023; Song et al., 2023). Sin embargo, esta tecnología también tiene limitaciones: solo refleja información de la superficie y del subsuelo superficial y requiere verificación de muestreo de campo; el problema de pérdida de coherencia en áreas geomorfológicas complejas aún necesita optimización. En el futuro, la integración de las tecnologías de "teledetección + terminal de control industrial + Internet de las cosas + inteligencia artificial" impulsará la transformación inteligente de la gestión de los yacimientos minerales a lo largo de todo su ciclo de vida.

Referencias

[1] GB/T 13908-2020. Reglas generales para la exploración geológica de depósitos minerales sólidos [S]. Pekín: China Standards Press, 2020.

[2] GB/T 17766-2020. Clasificación de las reservas de recursos minerales sólidos [S]. Pekín: China Standards Press, 2020.

[3] GB/T 43935-2024. Especificación técnica para el monitoreo y la evaluación de la recuperación de tierras mineras y la restauración ecológica [S]. Pekín: China Standards Press, 2024.

[4] DZ/T 0392-2022. Especificación técnica para el monitoreo por teledetección del entorno minero [S]. Pekín: Ministerio de Recursos Naturales, 2022.

[5] Chen C, Gao L, Xie F, Xia F, Li S. Extracción de información alterada hidrotermalmente utilizando datos de WorldView-3: un estudio de caso de Huitongshan, NW Gansu, China[J]. Frontiers in Earth Science, 2023, 11: 1250591.

[6] Song W, Gu HH, Song W, et al. Evaluaciones ambientales en áreas mineras densas utilizando información de teledetección sobre las regiones de Qian'an y Qianxi, China[J]. Indicadores Ecológicos, 2023, 146: 109814.

[7] Fadhillah MF, Hakim WL, Lee SK, et al. Análisis multitemporal del hundimiento del terreno inducido por la actividad minera a cielo abierto mediante interferometría de dispersores combinada mejorada con optimización de algoritmos de aprendizaje profundo[J]. Scientific Reports, 2024, 14: 6311.

[8] Hu JM, Ye BY, Bai ZK, et al. Monitoreo por teledetección de la recuperación de vegetación en la mina a cielo abierto de Antaibao[J]. Teledetección, 2022, 14(22): 5634.

[9] Mi J, Yang Y, Zhang S, et al. Seguimiento del cambio de uso/cobertura del suelo en un área con minería subterránea y reforestación mediante clasificación continua de Landsat[J]. Remote Sensing, 2019, 11(14): 1719.