Чалгындоодон кенди жабууга чейин: алыстан зонддоо технологиясы менен колдоого алынган минералдык ресурстардын жашоо циклин башкаруу

Аралыктан зонддоо технологиясы, байланышсыз, кеңири аймакты, көп убакытты жана жогорку чечилиштеги артыкчылыктары менен, геологиялык чалгындоо, шахта куруу, тоо-кен өндүрүшү, шахтаны жабуу жана экологиялык калыбына келтирүү сыяктуу негизги этаптарды камтыган, минералдык ресурстарды алардын бүткүл жашоо цикли боюнча интеграцияланган "космос-аба-жер-кудук" башкаруу үчүн негизги колдоочу каражатка айланды. Бул макалада "Катуу минералдарды геологиялык чалгындоонун жалпы эрежелери" (GB/T 13908-2020), "Катуу минералдык ресурстардын запастарын классификациялоо" (GB/T 17766-2020) жана "Шахта жерлерин мелиорациялоону жана экологиялык калыбына келтирүүнү мониторингдөө жана баалоо боюнча техникалык мүнөздөмөлөр" (GB/T 43935-2024) сыяктуу учурдагы улуттук стандарттарга негизделген жана көп/гиперспектралдык аралыктан зонддоо, InSAR жана учкучсуз учуучу аппараттардын аралыктан зонддоо технологияларынын этап-этабы менен колдонулушунун конкреттүү жолдору жана типтүү учурлары системалуу түрдө баяндалган. Аларга чалгындоо этабында өзгөртүү жөнүндө маалыматты алуу, курулуш этабында айлана-чөйрөнүн баштапкы абалын изилдөө, тоо-кен казып алуу этабында динамикалык мониторинг жана геологиялык кырсыктарды эрте эскертүү, ошондой эле кенди жабуу этабында өсүмдүктөрдү калыбына келтирүү жана экологиялык калыбына келтирүү таасирин баалоо кирет. Андан тышкары, ал адабияттарды карап чыгуу менен бирге алыстан зонддоо технологиясынын артыкчылыктарын, чектөөлөрүн жана интеллектуалдык интеграциялоо тенденцияларын талдап, минералдык чалгындоо жана туруктуу башкаруу үчүн шилтеме берет.

GB/T 13908-2020 мыйзамынын 4.2-беренесине ылайык, геологиялык чалгындоо жалпы изилдөө, деталдуу изилдөө жана чалгындоо болуп бөлүнөт. Жалпы изилдөө этабынын негизги милдети - келечектүү аймактарды аныктоо жана ресурстардын болжолдуу көлөмүн баалоо. Деталдуу изилдөө этабы аномалияларды текшерүүгө жана ресурстардын санын баалоого көзөмөл жүргүзүүгө багытталган. Чалгындоо этабы ресурстардын санын далилдөөгө жана техникалык-экономикалык негиздеме отчетун берүүгө арналган. Алыстан зонддоо технологиясы бул процессте алдыңкы жана пландаштыруучу ролду ойнойт. Анын техникалык ыкмасы негизинен макроскопиялык структуралык чечмелөөгө, литологиялык идентификациялоого жана минералдашуу өзгөрүүсү жөнүндө маалыматты алууга негизделген, бул тез масштабдуу скринингге жетишүүгө мүмкүндүк берет. Гиперспектралдык/көп спектрдик алыстан зонддоо (WorldView-3, GF-5, ASTER) темирдин боёлушу, гидроксил топтору (Fe-OH, Mg-OH) жана карбонаттар (мисалы, каолинит, серицит) сыяктуу гидротермалдык өзгөрүү минералдарын так бөлүп чыгара алат, ошону менен өзгөрүү галолорун кыйыр минералдык чалгындоо индикаторлору катары аныктайт. Жаракалардын, бүктөмдөрдүн жана шакекче түзүлүшүнүн чечмелениши үчүн DEM маалыматтары менен айкалышып, пайдалуу минералдашуу аймактарын тез аныктоого болот (Chen et al., 2023). Деталдуу изилдөө жана чалгындоо этабында скважиналардын, траншеялардын жана чуңкурлардын жайгашуусун оптималдаштыруу жана ресурстардын көлөмүн алдын ала баалоого көмөктөшүү үчүн UAV гиперспектралдык/лидар технологиясын колдонуу менен жогорку чечилиштеги үч өлчөмдүү геологиялык моделдер курулат. Chen et al. (2023) WorldView-3 маалыматтарын колдонуу менен Гансу провинциясынын Бэйшан-Туншан аймагында гидротермикалык өзгөрүү жөнүндө маалыматты алуу боюнча изилдөө жүргүзүшкөн. Алар негизги компоненттерди талдоо жана спектрдик өзгөчөлүктөрдү тууралоо аркылуу ар кандай интенсивдүүлүктөгү өзгөрүү аномалияларын ийгиликтүү аныктап, классификациялашкан. Бул изилдөө алыстан зонддоо аномалиялары менен талаа үлгүлөрүнүн жыйынтыктарынын ортосундагы жогорку деңгээлдеги дал келүүнү тастыктап, жалпы изилдөө этабында максаттуу аймакты тандоо жана жерди текшерүү үчүн жогорку тактыктагы маалыматтарды колдоону камсыз кылган.

1-сүрөт. WorldView-3 көп тилкелүү альтерациялык аномалиясын бөлүп алуунун жыйынтыктары

(Чен жана башкалар, 2023)

A: Mg-OH аномалиясы; B: Fe-OH аномалиясы;

C: Темирдин боёлушунун аномалиясы; D: Карбонаттын аномалиясы

1-сүрөттө мейкиндик бөлүштүрүүнү салыштыруу аркылуу ар бир өзгөртүү түрүнүн деталдуу зоналаштырылышы көрсөтүлгөн, бул чалгындоо маршрутунун схемасы жана жалпы изилдөө этабында картага түшүрүү жана инженердик текшерүү үчүн маанилүү шилтеме болуп саналат.

2-сүрөт. Туншан аймагындагы WorldView-3 маалыматтарынан алынган гидротермалдык өзгөрүү аномалияларынын таралыш картасы (Chen et al., 2023)

2-сүрөттө Fe-OH, Mg-OH, темирдин боёлушу жана карбонат аномалияларынын интенсивдүүлүгүн көрсөтүү үчүн колдонулган ар кандай түстөр көрсөтүлгөн. Кабатталган талаа текшерүү чекиттери (жашыл чекиттер) жана кен казуу аянттарынын жайгашкан жерлери (кызгылт көк пентаграммалар) максаттуу аймактардын чектерин түздөн-түз аныктоого багыт берип, өзгөрүү менен тектониканын ортосундагы суперпозиция байланышын ачык көрсөтөт.

Техникалык-экономикалык негиздемелер, кенди долбоорлоо жана инфраструктураны куруу GB/T 17766-2020 стандартына ылайык жүргүзүлөт. Бул этапта аралыктан зонддоо технологиясын колдонуу айлана-чөйрөнүн баштапкы изилдөөлөрүнө — көп убакыттуу спутниктик сүрөттөргө негизделген, курулушка чейинки жерди пайдаланууну, өсүмдүктөрдүн каптамасын, топографияны жана экологиялык баштапкы маалыматтарды алуу менен айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин баалоо (ЧТБ) үчүн сандык колдоо көрсөтүүгө; жана өсүмдүктөрдү, жолдорду, калдыктарды сактоочу жайларды жана кен үймөктөрүн тандоого жардам берүү үчүн үч өлчөмдүү рельеф моделдерин (DTM/DSM) түзүү үчүн жогорку чечилиштеги учкучсуз учуучу аппараттарды аралыктан зонддоону пайдалануу менен потенциалдуу геологиялык коркунучтарды болтурбоого (GB/T 43935-2024, 6.1-пункт), ошону менен экологиялык тобокелдиктердин алдын алуу жана жашыл курулуш талаптарына шайкештик максаттарына эрте жетүүгө багытталган.

Ири масштабдуу тоо-кен казуу этабында өндүрүш динамикасын, коопсуздук коркунучтарын жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөө зарыл (DZ/T 0392-2022 "Кен чөйрөсүн алыстан зонддоо мониторингинин техникалык спецификациясынын" талаптарына ылайык). Алыстан зонддоо технологиясы жогорку жыштыктагы динамикалык мониторингге жетише алат.

1. Тоо-кен иштеринин жүрүшүн жана жерди пайдаланууну мониторингдөө – Көп булактуу спутниктик/УУА сүрөттөрүнүн негизинде ачык шахталардын кеңейүү процессин, үстүнкү катмардын топтолуу динамикасын, калдыктар сактагычынын дамбасынын деформациясын жана жер катмарынын түрүнүн трансформациясын так көзөмөлдөөгө болот. Ми жана башкалар (2019) Шаньси провинциясынын түштүк четиндеги көмүр казуу аймагындагы үзгүлтүксүз Landsat сүрөттөрүнүн маалыматтарын жана кокустук токой классификаторун колдонуп, 1987-жылдан 2017-жылга чейин жер астындагы тоо-кен иштеринин жана жерди калыбына келтирүүнүн натыйжасында жерди пайдалануу жана каптоо өзгөрүүлөрүн сандык жактан аныкташкан жана тоо-кен аянтынын кеңейишинин жана өсүмдүктөрдү калыбына келтирүүнүн мейкиндик схемалык мүнөздөмөлөрүн так чагылдырышкан.

3-сүрөт. 1987-жылдан 2017-жылга чейинки жерди үзгүлтүксүз пайдалануу/жер каптоо классификациясы(Ми жана башкалар, 2019)

2. Геологиялык кырсыктарды эрте эскертүү жана деформацияны көзөмөлдөө — InSAR технологиясы жантайыңкы тайгаланууну, тайгалануунун чөгүшүн жана калдыктар дамбасынын туруктуулугун көзөмөлдөө үчүн негизги курал болуп саналат, бул миллиметрдик деңгээлдеги тактык менен узак мөөнөттүү үзгүлтүксүз деформацияны байкоого мүмкүндүк берет. Фадхила жана башкалар (2024) Түндүк Кореядагы Моксан ачык темир рудасы кенинде Sentinel-1 убакыт катарларынын маалыматтарын иштетүү үчүн терең окутууну оптималдаштыруу алгоритми менен айкалыштырылган жакшыртылган айкалышкан чачыраткыч InSAR (ICOPS) ыкмасын колдонушкан. Мониторингдин жыйынтыктары чыгыш кен үймөгүнүн кумулятивдик чөгүшү 170 см-ге, ал эми батыш кен үймөгүнүкү 70 см-ге жеткенин, жылдык максималдуу чөгүү ылдамдыгы 15 см/а ашканын көрсөттү. Бул изилдөө мейкиндик-убакыт деформациясынын ылдамдык карталары жана профиль анализи аркылуу тоо-кен казып алуудан улам пайда болгон чөгүүнүн мейкиндик-убакыт эволюция мыйзамын ачып, жантайыңкы туруктуулукту эрте эскертүү жана кырсыктардын алдын алуу үчүн сандык далилдерди берди.

4-сүрөт. Мушан ачык темир рудасы кенинин InSAR кумулятивдик деформация ылдамдыгынын бөлүштүрүү картасы (Фадхилл ж.б., 2024)

Диаграммадагы түс градиенти орточо жылдык деформация ылдамдыгын көрсөтөт, ал кен казуу аянтынын чегине коюлганда, өндүрүш фазасында коопсуздукту башкарууну түздөн-түз колдойт.

5-сүрөт. Мушан ачык темир рудасынын аянтынын 2016-жылдан 2022-жылга чейинки InSAR кумулятивдик деформация профилин талдоо (Фадхиллаһ жана башкалар, 2024).

(а) жана төгүндүлөрдүн чыгыш A–A´; (b) жана B–B´; (c) жана батыш төгүндүлөрдүн C–C´; (d) жана D–D´I бөлүктөрүнүн профилинин деформациясынын натыйжалары.

Сүрөттөгү көп профилдүү сызыктар ар кандай убакыттагы кумулятивдик чөгүү жана бийиктик өзгөрүүлөрүн көрсөтүп, тоо-кен казып алуудан келип чыккан деформациянын мейкиндик-убакыт мүнөздөмөлөрүн сандык жактан аныктайт.

3. Экологиялык сапатты баалоо – Арнайы аралыктан зонддоо экологиялык индексин түзүү менен өсүмдүктөрдүн стрессинин, топурактын жана суунун булганышынын жана ландшафттын фрагментациясынын сандык мүнөздөмөсүнө жетишүүгө болот. Сонг жана башкалар (2023) Цяньань-Цяньсинин жыш жайгашкан темир рудасы аймагы үчүн Landsat маалыматтарынын негизинде темир рудасын аралыктан зонддоо экологиялык индексин (IM-RSEI) түзүшкөн, ага жети көрсөткүч киргизилген: өсүмдүктөрдүн каптамасы, жылаңач топурактын жашылдыгы, нымдуулук, кара көмүртек бөлүкчөлөрү, беттин температурасы, темир кычкылдары жана ландшафттын фрагментациясы. Бул изилдөө 1992-жылдан 2018-жылга чейин экологиялык сапат "начарлоодон кийин жакшыруу" тенденциясын көрсөткөнүн, тоо-кен казып алуу аймагынын орточо IM-RSEI мааниси (0,5412) айланадагы буфердик зонага караганда бир кыйла төмөн болгонун, бул тоо-кен казып алуу иш-аракеттеринин айланадагы экологияга терс таасирин тастыктаганын көрсөттү.

6-сүрөт. 1992-жылдан 2018-жылга чейин QRдеги IM-RSEI мейкиндиктеги бөлүштүрүлүшү (Сонг жана башкалар, 2023)

Шахта жабылгандан кийин, рекультивацияны кабыл алуу жана узак мөөнөттүү башкаруу GB/T 43935-2024 8-бөлүмүнүн жоболоруна ылайык жүргүзүлүшү керек. Бул этапта алыстан зонддоо технологиясы таасирди баалоо жана узак мөөнөттүү коргоо үчүн куралга айланат. Анын колдонулушу негизинен төмөнкүлөрдү камтыйт: көп убакыттуу NDVI жана EVI негизинде өсүмдүктөрдү калыбына келтирүү жана топуракты кайра түзүү процесстерин көзөмөлдөө; InSAR технологиясын колдонуп, тоо кыркасындагы калдык чөкмөлөрдүн динамикасын көзөмөлдөө; жана RSEI/IM-RSEI индекстери аркылуу топографиялык кайра калыптандыруунун, жерди рекультивациялоонун, топурактын жана суунун химиясынын жана экосистеманы калыбына келтирүүнүн таасирин сандык жактан аныктоо, рекультивацияны кабыл алуу үчүн маалыматтарды колдоону камсыз кылуу (GB/T 43935-2024 8.4-беренеси). Ху жана башкалар (2022) көп убакыттуу Landsat маалыматтарынын негизинде Антайбао ачык көмүр кенинин калдык үймөгүнүн рекультивациялык аймагынын өсүмдүктөрдү калыбына келтирүү абалын көзөмөлдөшкөн жана NDVI мейкиндик-убакыттык бөлүштүрүү карталарын колдонуп, рекультивациядан кийинки өсүмдүк каптоосун жана биомассанын өсүү тенденциясын сандык жактан аныкташкан. Бул изилдөө рекультивациядан мурун жана кийин NDVI карталарын салыштыруу аркылуу рекультивациядан кийин өсүмдүктөрдүн каптоосунун олуттуу көбөйгөнүн тастыктады.

7-сүрөт. Түштүк полигонундагы мейкиндик-убакыт масштабындагы NDVIнин убакыт катарларын талдоо (Hu et al., 2022)(а) Бир өзгөрмөлүү регрессиялык анализдин жыйынтыктары; (б) Sen+MK тренддик анализинин жыйынтыктары.

SI, NSI, NSD жана SD тиешелүүлүгүнө жараша олуттуу өсүштү, олуттуу өсүштүн жоктугун, олуттуу төмөндөөнүн жоктугун жана олуттуу төмөндөөнү билдирет.

Алыстан зонддоо технологиясынын минералдык кендердин бүткүл жашоо цикли боюнча артыкчылыктары анын байланышсыз, макроскопиялык жактан натыйжалуу жана экологиялык жактан таза, аз бузулуу мүнөзүндө. Ал талаа текшерүүсү, геофизикалык жана геохимиялык чалгындоо жана инженердик башкаруу менен жабык циклдүү технологиялык системаны түзө алат (GB/T 13908-2020 5-бөлүмү; GB/T 43935-2024 4.2-пункту). Жасалма интеллекттин жана көп булактуу маалыматтарды бириктирүү (спутник + учкучсуз учуучу аппарат + InSAR) технологиясынын интеграцияланган колдонулушу алыстан зонддоо мониторингинин тактыгын жана ишенимдүүлүгүн андан ары жогорулатат (Chen et al., 2023; Song et al., 2023). Бирок, бул технологиянын да чектөөлөрү бар - ал жер үстүндөгү жана тайыз жер астындагы маалыматты гана чагылдырат жана талаа үлгүлөрүн текшерүүнү талап кылат; татаал геоморфологиялык аймактардагы когеренттүүлүктү жоготуу көйгөйү дагы эле оптималдаштырууну талап кылат. Келечекте "алыстан зонддоо + өнөр жайлык башкаруу терминалы + Буюмдардын интернети + жасалма интеллект" технологияларын интеграциялоо минералдык кендерди башкаруунун бүткүл жашоо цикли боюнча акылдуу трансформациясын шарттайт.

Шилтемелер

[1] GB/T 13908-2020. Катуу пайдалуу кендерди геологиялык чалгындоонун жалпы эрежелери [S]. Пекин: Кытай стандарттары басмаканасы, 2020.

[2] GB/T 17766-2020. Катуу минералдык ресурстардын запастарынын классификациясы [S]. Пекин: Кытай стандарттары басмаканасы, 2020.

[3] GB/T 43935-2024. Шахта жерлерин мелиорациялоону жана экологиялык калыбына келтирүүнү мониторингдөө жана баалоо боюнча техникалык спецификация [S]. Пекин: Кытай стандарттары басмаканасы, 2024.

[4] DZ/T 0392-2022. Кен чөйрөсүн алыстан зонддоо мониторингинин техникалык мүнөздөмөсү [S]. Пекин: Жаратылыш ресурстары министрлиги, 2022.

[5] Чен С, Гао Л, Се Ф, Ся Ф, Ли С. WorldView-3 маалыматтарын колдонуп, гидротермикалык жактан өзгөртүлгөн маалыматты алуу: Кытайдын түндүк-батышындагы Ганьсу шаарындагы Хуэйтуншань шаарынын мисалын изилдөө [J]. Жер илиминдеги чек аралар, 2023, 11: 1250591.

[6] Сонг В, Гу ХХ, Сонг В ж.б. Кытайдын Цяньань жана Цянси аймактарындагы алыстан зонддоо маалыматын колдонуу менен тыгыз тоо-кен казып алуу аймактарындагы экологиялык баалоо [J]. Экологиялык көрсөткүчтөр, 2023, 146: 109814.

[7] Фадхиллаһ М.Ф., Хаким В.Л., Ли С.К. ж.б. Терең окутуу алгоритмин оптималдаштыруу менен жакшыртылган айкалышкан чачыраткыч интерферометрияны колдонуу менен ачык карьердик тоо-кен иштеринен улам пайда болгон жердин чөгүүсүнүн көп убакыттуу анализи [J]. Scientific Reports, 2024, 14: 6311.

[8] Ху ЖМ, Йе Б.Й., Бай З.К. жана башкалар. Антайбао ачык карьериндеги өсүмдүктөрдүн калыбына келишин аралыктан зонддоо мониторинги [Ж]. Аралыктан зонддоо, 2022, 14(22): 5634.

[9] Ми Ж, Ян Й, Чжан С ж.б. Жер астындагы кен казуу жана токойду калыбына келтирүү жүргүзүлгөн аймакта жерди пайдаланууну/жер каптоосунун өзгөрүшүн үзгүлтүксүз Landsat классификациясы аркылуу көзөмөлдөө [J]. Аралыктан зонддоо, 2019, 11(14): 1719.