Daripada penerokaan hingga penutupan lombong: Pengurusan kitaran hayat sumber mineral disokong oleh teknologi penderiaan jauh

Teknologi penderiaan jauh, dengan kelebihannya iaitu tidak bersentuhan, luas, berbilang masa dan beresolusi tinggi, telah menjadi cara sokongan teras untuk pengurusan sumber mineral "angkasa-udara-tanah-perigi" bersepadu sepanjang kitaran hayatnya, merangkumi peringkat utama seperti penerokaan geologi, pembinaan lombong, pengeluaran perlombongan dan penutupan lombong serta pemulihan ekologi. Kertas kerja ini, berdasarkan piawaian kebangsaan semasa seperti "Peraturan Am untuk Penerokaan Geologi Mineral Pepejal" (GB/T 13908-2020), "Pengelasan Rizab Sumber Mineral Pepejal" (GB/T 17766-2020) dan "Spesifikasi Teknikal untuk Pemantauan dan Penilaian Penambakan Tanah Lombong dan Pemulihan Ekologi" (GB/T 43935-2024), menghuraikan secara sistematik tentang laluan aplikasi khusus dan kes tipikal penderiaan jauh berbilang/hiperspektral, InSAR dan teknologi penderiaan jauh UAV secara berperingkat. Ini termasuk pengekstrakan maklumat perubahan dalam peringkat penerokaan, tinjauan asas alam sekitar dalam peringkat pembinaan, pemantauan dinamik dan amaran awal bencana geologi dalam peringkat perlombongan, dan pemulihan tumbuh-tumbuhan dan penilaian kesan pemulihan ekologi dalam peringkat penutupan lombong. Tambahan pula, ia menganalisis kelebihan, batasan dan trend integrasi pintar teknologi penderiaan jauh bersempena dengan tinjauan literatur, menyediakan rujukan untuk penerokaan mineral dan pengurusan lestari.

Menurut Perkara 4.2 GB/T 13908-2020, penerokaan geologi dibahagikan kepada tinjauan umum, tinjauan terperinci dan penerokaan. Tugas teras peringkat tinjauan umum adalah untuk menggambarkan kawasan prospektif dan menganggarkan kuantiti sumber yang disimpulkan. Peringkat tinjauan terperinci memberi tumpuan kepada pengesahan anomali dan kawalan anggaran kuantiti sumber. Peringkat penerokaan dikhaskan untuk membuktikan kuantiti sumber dan mengemukakan laporan kajian kebolehlaksanaan. Teknologi penderiaan jauh memainkan peranan utama dan perancangan dalam proses ini. Pendekatan teknikalnya terutamanya bergantung pada tafsiran struktur makroskopik, pengenalpastian litologi dan pengekstrakan maklumat pengubahan mineralisasi untuk mencapai penyaringan berskala besar yang pantas. Penderiaan jauh hiperspektral/multispektral (WorldView-3, GF-5, ASTER) boleh mengekstrak mineral pengubahan hidroterma dengan tepat seperti pewarnaan besi, kumpulan hidroksil (Fe-OH, Mg-OH) dan karbonat (cth., kaolinit, serisit), sekali gus menggambarkan halo pengubahan sebagai penunjuk penerokaan mineral tidak langsung. Digabungkan dengan data DEM untuk interpretasi struktur sesar, lipatan dan cincin, kawasan mineralisasi yang baik dapat dikenal pasti dengan cepat (Chen et al., 2023). Semasa fasa tinjauan dan penerokaan terperinci, model geologi tiga dimensi resolusi tinggi dibina menggunakan teknologi hiperspektral/lidar UAV untuk mengoptimumkan susun atur lubang tebuk, parit dan lubang, dan untuk membantu dalam anggaran awal kuantiti sumber. Chen et al. (2023) menjalankan kajian mengenai pengekstrakan maklumat pengubahan hidroterma di kawasan Beishan-Tongshan di Wilayah Gansu menggunakan data WorldView-3. Mereka berjaya mengenal pasti dan mengklasifikasikan anomali pengubahan dengan keamatan yang berbeza menggunakan analisis komponen utama dan pemadanan ciri spektrum. Kajian ini mengesahkan tahap persetujuan yang tinggi antara anomali penderiaan jauh dan keputusan persampelan lapangan, memberikan sokongan data ketepatan tinggi untuk pemilihan kawasan sasaran dan pengesahan tanah semasa fasa tinjauan umum.

Rajah 1. Keputusan pengekstrakan anomali pengubahan berbilang jalur WorldView-3

(Chen dkk., 2023)

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

C: Keabnormalan pewarnaan besi; D: Keabnormalan karbonat

Rajah 1 menunjukkan pengezonan terperinci bagi setiap jenis perubahan melalui perbandingan taburan ruang, memberikan rujukan penting untuk susun atur laluan peninjauan dan pemetaan serta pengesahan kejuruteraan dalam peringkat tinjauan umum.

Rajah 2. Peta taburan anomali perubahan hidroterma yang diekstrak daripada data WorldView-3 di kawasan Tongshan (Chen et al., 2023)

Rajah 2 menunjukkan warna berbeza yang digunakan untuk menunjukkan keamatan Fe-OH, Mg-OH, pewarnaan besi, dan anomali karbonat. Titik pengesahan medan bertindih (titik hijau) dan lokasi kawasan perlombongan (pentagram ungu) dengan jelas menunjukkan hubungan superposisi antara perubahan dan tektonik, yang secara langsung membimbing penentuan garisan kawasan sasaran.

Kajian kebolehlaksanaan, reka bentuk lombong dan pembinaan infrastruktur dijalankan mengikut GB/T 17766-2020. Aplikasi teknologi penderiaan jauh pada peringkat ini memberi tumpuan kepada tinjauan asas alam sekitar—berdasarkan imejan satelit berbilang masa, memperoleh guna tanah pra-pembinaan, litupan tumbuh-tumbuhan, topografi dan data asas ekologi untuk menyediakan sokongan kuantitatif untuk Penilaian Impak Alam Sekitar (EIA); dan menggunakan penderiaan jauh UAV resolusi tinggi untuk menjana model rupa bumi tiga dimensi (DTM/DSM) bagi membantu dalam pemilihan tapak loji, jalan raya, kolam sisa buangan dan timbunan rampasan, mengelakkan potensi bahaya geologi (GB/T 43935-2024, Klausa 6.1), sekali gus mencapai matlamat pencegahan risiko alam sekitar awal dan pematuhan pembinaan hijau.

Semasa fasa perlombongan berskala besar, adalah perlu untuk memantau dinamik pengeluaran, bahaya keselamatan dan impak alam sekitar dalam masa nyata (mengikut keperluan DZ/T 0392-2022 "Spesifikasi Teknikal untuk Pemantauan Penderiaan Jauh Persekitaran Lombong"). Teknologi penderiaan jauh boleh mencapai pemantauan dinamik frekuensi tinggi.

1. Pemantauan Kemajuan Perlombongan dan Penggunaan Tanah – Berdasarkan imejan satelit/UAV berbilang sumber, proses pengembangan lombong terbuka, dinamik pengumpulan beban atas, ubah bentuk empangan sisa buangan, dan transformasi jenis litupan tanah dapat dijejaki dengan tepat. Mi et al. (2019) menggunakan data imejan Landsat berterusan dan pengelas hutan rawak di kawasan perlombongan arang batu di pinggir bandar selatan Wilayah Shanxi untuk mendedahkan secara kuantitatif perubahan penggunaan tanah dan litupan yang disebabkan oleh perlombongan bawah tanah dan penambakan tanah dari tahun 1987 hingga 2017, dan menggambarkan dengan tepat ciri corak ruang pengembangan kawasan perlombongan dan pemulihan tumbuh-tumbuhan.

Rajah 3. Klasifikasi guna tanah/litupan tanah berterusan dari tahun 1987 hingga 2017(Mi dkk., 2019)

2. Pemantauan Amaran Awal dan Deformasi Bencana Geologi—Teknologi InSAR merupakan alat teras untuk memantau gelinciran cerun, mendapan goaf, dan kestabilan empangan sisa, membolehkan pemerhatian ubah bentuk berterusan jangka panjang dengan ketepatan peringkat milimeter. Fadhillah et al. (2024) menggunakan teknik penyerak gabungan InSAR (ICOPS) yang dipertingkatkan di lombong bijih besi terbuka Moksan di Korea Utara, digabungkan dengan algoritma pengoptimuman pembelajaran mendalam untuk memproses data siri masa Sentinel-1. Keputusan pemantauan menunjukkan bahawa mendapan kumulatif timbunan sisa timur mencapai 170 cm, dan timbunan sisa barat mencapai 70 cm, dengan kadar mendapan tahunan maksimum melebihi 15 cm/a. Kajian ini, melalui peta kadar ubah bentuk spatiotemporal dan analisis profil, mendedahkan hukum evolusi spatiotemporal bagi mendapan yang disebabkan oleh perlombongan, memberikan bukti kuantitatif untuk amaran awal kestabilan cerun dan pencegahan bencana.

Rajah 4. Peta taburan kadar ubah bentuk kumulatif InSAR bagi lombong bijih besi terbuka Mushan (Fadhillah et al., 2024)

Kecerunan warna dalam rajah menunjukkan kadar ubah bentuk tahunan purata, yang apabila ditumpangkan pada sempadan kawasan perlombongan, secara langsung menyokong pengurusan keselamatan semasa fasa pengeluaran.

Rajah 5. Analisis profil ubah bentuk kumulatif InSAR bagi kawasan bijih besi terbuka Mushan dari tahun 2016 hingga 2022 (Fadhillah et al., 2024).

(a) dan hasil ubah bentuk profil bagi bahagian tapak pelupusan sampah timur A–Aʹ; (b) dan B–Bʹ; (c) dan bahagian tapak pelupusan sampah barat C–Cʹ; (d) dan D–Dʹ I.

Garisan profil berganda dalam rajah menunjukkan perubahan penurunan dan ketinggian kumulatif pada masa yang berbeza, mengukur ciri-ciri spatiotemporal ubah bentuk yang disebabkan oleh perlombongan.

3. Penilaian Kualiti Ekologi – ​​Dengan membina indeks ekologi penderiaan jauh khusus, pencirian kuantitatif tekanan tumbuh-tumbuhan, pencemaran tanah dan air, serta pemecahan landskap dapat dicapai. Song et al. (2023) membina Indeks Ekologi Penderiaan Jauh Bijih Besi (IM-RSEI) berdasarkan data Landsat untuk kawasan bijih besi Qian'an-Qianxi yang padat penduduknya, menggabungkan tujuh indikator: litupan tumbuh-tumbuhan, kehijauan tanah kosong, kelembapan, zarah karbon hitam, suhu permukaan, oksida besi, dan pemecahan landskap. Kajian ini mendedahkan bahawa kualiti ekologi menunjukkan trend "kemerosotan diikuti oleh peningkatan" antara tahun 1992 dan 2018, dengan nilai purata IM-RSEI kawasan perlombongan (0.5412) jauh lebih rendah daripada zon penampan di sekelilingnya, mengesahkan kesan negatif aktiviti perlombongan terhadap ekologi di sekelilingnya.

Rajah 6. Taburan ruang IM-RSEI dalam QR dari tahun 1992 hingga 2018 (Song et al., 2023)

Selepas lombong ditutup, penerimaan penambakan dan pengurusan jangka panjang mesti dijalankan mengikut peruntukan Bab 8 GB/T 43935-2024. Pada peringkat ini, teknologi penderiaan jauh menjadi alat untuk penilaian kesan dan perlindungan jangka panjang. Aplikasinya terutamanya merangkumi: memantau pemulihan tumbuh-tumbuhan dan proses pembentukan semula tanah berdasarkan NDVI dan EVI berbilang masa; menjejaki dinamik penurunan baki di kawasan tambak menggunakan teknologi InSAR; dan mengukur kesan pembentukan semula topografi, penambakan tanah, kimia tanah dan air, dan pemulihan ekosistem melalui indeks RSEI/IM-RSEI, menyediakan sokongan data untuk penerimaan penambakan (Perkara 8.4 GB/T 43935-2024). Hu et al. (2022) memantau status pemulihan tumbuh-tumbuhan di kawasan penambakan timbunan kerosakan lombong arang batu terbuka Antaibao berdasarkan data Landsat berbilang masa, dan mengukur trend pertumbuhan litupan tumbuh-tumbuhan dan biojisim selepas penambakan menggunakan peta taburan spatiotemporal NDVI. Kajian ini mengesahkan peningkatan ketara dalam litupan tumbuh-tumbuhan selepas penambakan dengan membandingkan peta NDVI sebelum dan selepas penambakan.

Rajah 7. Analisis siri masa NDVI pada skala spatiotemporal di tapak pelupusan sampah selatan (Hu et al., 2022)(a) Keputusan analisis regresi univariat; (b) Keputusan analisis trend Sen+MK.

SI, NSI, NSD dan SD masing-masing mewakili peningkatan yang ketara, tiada peningkatan yang ketara, tiada penurunan yang ketara dan penurunan yang ketara.

Kelebihan teknologi penderiaan jauh sepanjang kitaran hayat deposit mineral terletak pada sifatnya yang tidak bersentuhan, cekap secara makroskopik, mesra alam, dan rendah gangguan. Ia boleh membentuk sistem teknologi gelung tertutup dengan pengesahan lapangan, penerokaan geofizik dan geokimia, serta kawalan kejuruteraan (Bab 5 GB/T 13908-2020; Klausa 4.2 GB/T 43935-2024). Aplikasi bersepadu kecerdasan buatan dan teknologi gabungan data berbilang sumber (satelit + UAV + InSAR) meningkatkan lagi ketepatan dan kebolehpercayaan pemantauan penderiaan jauh (Chen et al., 2023; Song et al., 2023). Walau bagaimanapun, teknologi ini juga mempunyai batasan—ia hanya mencerminkan maklumat permukaan dan bawah permukaan cetek dan memerlukan pengesahan persampelan lapangan; masalah kehilangan koheren di kawasan geomorfologi yang kompleks masih memerlukan pengoptimuman. Pada masa hadapan, penyepaduan teknologi "penderiaan jauh + terminal kawalan perindustrian + Internet Pelbagai Benda + kecerdasan buatan" akan memacu transformasi pintar pengurusan deposit mineral sepanjang kitaran hayatnya.

Rujukan

[1] GB/T 13908-2020. Peraturan Am untuk Penerokaan Geologi Deposit Mineral Pepejal [S]. Beijing: China Standards Press, 2020.

[2] GB/T 17766-2020. Pengelasan Rizab Sumber Mineral Pepejal [S]. Beijing: China Standards Press, 2020.

[3] GB/T 43935-2024. Spesifikasi Teknikal untuk Pemantauan dan Penilaian Penambakan Tanah Lombong dan Pemulihan Ekologi [S]. Beijing: China Standards Press, 2024.

[4] DZ/T 0392-2022. Spesifikasi Teknikal untuk Pemantauan Penderiaan Jauh Persekitaran Lombong [S]. Beijing: Kementerian Sumber Asli, 2022.

[5] Chen C, Gao L, Xie F, Xia F, Li S. Mengekstrak maklumat yang diubah suai secara hidroterma menggunakan data WorldView-3: kajian kes Huitongshan, NW Gansu, China[J]. Frontiers in Earth Science, 2023, 11: 1250591.

[6] Song W, Gu HH, Song W, dsb. Penilaian alam sekitar di kawasan perlombongan yang padat menggunakan maklumat penderiaan jauh di wilayah Qian'an dan Qianxi, China[J]. Petunjuk Ekologi, 2023, 146: 109814.

[7] Fadhillah MF, Hakim WL, Lee SK, dkk. Analisis pelbagai masa bagi penenggelaman tanah yang disebabkan oleh aktiviti perlombongan terbuka menggunakan interferometri penyerak gabungan yang dipertingkatkan dengan pengoptimuman algoritma pembelajaran mendalam[J]. Laporan Saintifik, 2024, 14: 6311.

[8] Hu JM, Ye BY, Bai ZK, dsb. Pemantauan penderiaan jauh bagi penambakan tumbuh-tumbuhan di lombong terbuka Antaibao[J]. Penderiaan Jauh, 2022, 14(22): 5634.

[9] Mi J, Yang Y, Zhang S, dsb. Mengesan perubahan guna tanah/litupan tanah di kawasan yang mempunyai perlombongan bawah tanah dan penghutanan semula melalui pengelasan Landsat berterusan[J]. Remote Sensing, 2019, 11(14): 1719.