Keşiften maden kapanışına: Uzaktan algılama teknolojisiyle desteklenen mineral kaynak yaşam döngüsü yönetimi

Temassız, geniş alanlı, çok zamanlı ve yüksek çözünürlüklü olma avantajlarıyla uzaktan algılama teknolojisi, jeolojik keşif, maden inşaatı, maden üretimi, maden kapatma ve ekolojik restorasyon gibi önemli aşamaları kapsayan, mineral kaynaklarının tüm yaşam döngüsü boyunca entegre "uzay-hava-yer-kuyu" yönetiminin temel destekleyici aracı haline gelmiştir. Bu makale, "Katı Minerallerin Jeolojik Keşfi Genel Kuralları" (GB/T 13908-2020), "Katı Mineral Kaynak Rezervlerinin Sınıflandırılması" (GB/T 17766-2020) ve "Maden Arazisi Islahı ve Ekolojik Restorasyonun İzlenmesi ve Değerlendirilmesi Teknik Şartnameleri" (GB/T 43935-2024) gibi mevcut ulusal standartlara dayanarak, çoklu/hiperspektral uzaktan algılama, InSAR ve İHA uzaktan algılama teknolojilerinin aşamalar halindeki özel uygulama yollarını ve tipik örneklerini sistematik olarak ele almaktadır. Bunlar arasında arama aşamasında değişiklik bilgisi çıkarımı, inşaat aşamasında çevresel temel araştırmalar, madencilik aşamasında dinamik izleme ve jeolojik afet erken uyarısı ile maden kapatma aşamasında bitki örtüsü restorasyonu ve ekolojik restorasyon etkisinin değerlendirilmesi yer almaktadır. Ayrıca, literatür taramasıyla birlikte uzaktan algılama teknolojisinin avantajlarını, sınırlamalarını ve akıllı entegrasyon eğilimlerini analiz ederek mineral arama ve sürdürülebilir yönetim için bir referans sağlamaktadır.

GB/T 13908-2020'nin 4.2. maddesine göre, jeolojik araştırma genel inceleme, detaylı inceleme ve keşif olmak üzere üç aşamaya ayrılır. Genel inceleme aşamasının temel görevi, potansiyel alanları belirlemek ve tahmin edilen kaynak miktarlarını hesaplamaktır. Detaylı inceleme aşaması, anomali doğrulama ve kaynak miktarı tahmininin kontrolüne odaklanır. Keşif aşaması ise kaynak miktarlarını kanıtlamaya ve fizibilite çalışması raporu sunmaya adanmıştır. Uzaktan algılama teknolojisi bu süreçte öncü ve planlama rolü oynar. Teknik yaklaşımı, hızlı ve geniş ölçekli tarama sağlamak için esas olarak makroskobik yapısal yorumlama, litolojik tanımlama ve mineralizasyon değişim bilgisi çıkarımına dayanır. Hiper spektral/çok spektral uzaktan algılama (WorldView-3, GF-5, ASTER), demir lekelenmesi, hidroksil grupları (Fe-OH, Mg-OH) ve karbonatlar (örneğin, kaolinit, serisit) gibi hidrotermal değişim minerallerini doğru bir şekilde çıkarabilir ve böylece dolaylı mineral arama göstergeleri olarak değişim halelerini belirleyebilir. Fay, kıvrım ve halka yapısı yorumlaması için DEM verileriyle birleştirildiğinde, elverişli mineralizasyon alanları hızla belirlenebilir (Chen vd., 2023). Detaylı araştırma ve keşif aşamasında, sondaj kuyularının, hendeklerin ve çukurların yerleşimini optimize etmek ve kaynak miktarlarının ön tahminine yardımcı olmak için İHA hiperspektral/lidar teknolojisi kullanılarak yüksek çözünürlüklü üç boyutlu jeolojik modeller oluşturulur. Chen vd. (2023), WorldView-3 verilerini kullanarak Gansu Eyaleti'nin Beishan-Tongshan bölgesinde hidrotermal alterasyon bilgisi çıkarımı üzerine bir çalışma yürütmüştür. Ana bileşen analizi ve spektral özellik uyumu kullanarak farklı yoğunluktaki alterasyon anomalilerini başarıyla tanımlamış ve sınıflandırmışlardır. Bu çalışma, uzaktan algılama anomalileri ile saha örnekleme sonuçları arasında yüksek derecede bir uyum olduğunu doğrulayarak, genel araştırma aşamasında hedef alan seçimi ve saha doğrulaması için yüksek hassasiyetli veri desteği sağlamıştır.

Şekil 1. WorldView-3 çok bantlı değişim anomalisi çıkarımının sonuçları

(Chen ve ark., 2023)

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

C: Demir boyama anormalliği; D: Karbonat anormalliği

Şekil 1, her bir değişiklik türünün ayrıntılı bölgelendirmesini mekansal dağılım karşılaştırması yoluyla göstermekte olup, genel etüt aşamasında keşif güzergahının düzenlenmesi, haritalama ve mühendislik doğrulaması için önemli bir referans sağlamaktadır.

Şekil 2. Tongshan bölgesinde WorldView-3 verilerinden çıkarılan hidrotermal alterasyon anomalilerinin dağılım haritası (Chen vd., 2023)

Şekil 2, Fe-OH, Mg-OH, demir lekelenmesi ve karbonat anomalilerinin yoğunluğunu belirtmek için kullanılan farklı renkleri göstermektedir. Üst üste bindirilmiş saha doğrulama noktaları (yeşil noktalar) ve maden alanı konumları (mor beşgenler), alterasyon ve tektonik arasındaki üst üste binme ilişkisini açıkça göstermekte ve hedef alanların sınırlandırılmasına doğrudan rehberlik etmektedir.

Fizibilite çalışmaları, maden tasarımı ve altyapı inşaatı GB/T 17766-2020 standardına uygun olarak yürütülmektedir. Bu aşamada uzaktan algılama teknolojisinin uygulanması, çok zamanlı uydu görüntüleri temelinde çevresel temel araştırmalarına odaklanmaktadır; bu araştırmalar, Çevresel Etki Değerlendirmesi (ÇED) için nicel destek sağlamak üzere inşaat öncesi arazi kullanımı, bitki örtüsü, topografya ve ekolojik temel verileri elde etmeyi amaçlamaktadır; ayrıca, potansiyel jeolojik tehlikelerden kaçınarak (GB/T 43935-2024, Madde 6.1) tesislerin, yolların, atık havuzlarının ve hafriyat yığınlarının yer seçimine yardımcı olmak için yüksek çözünürlüklü İHA uzaktan algılama kullanılarak üç boyutlu arazi modelleri (DTM/DSM) oluşturulmakta ve böylece erken çevresel risk önleme ve yeşil inşaat uyumluluk hedeflerine ulaşılmaktadır.

Büyük ölçekli madencilik aşamasında, üretim dinamiklerinin, güvenlik risklerinin ve çevresel etkilerin gerçek zamanlı olarak izlenmesi gerekmektedir (DZ/T 0392-2022 "Maden Ortamının Uzaktan Algılama Yöntemiyle İzlenmesine İlişkin Teknik Şartname" gerekliliklerine uygun olarak). Uzaktan algılama teknolojisi, yüksek frekanslı dinamik izleme olanağı sağlar.

1. Madencilik İlerlemesinin ve Arazi Kullanımının İzlenmesi – Çok kaynaklı uydu/İHA görüntüleri temel alınarak, açık ocak madenlerinin genişleme süreci, üst toprak birikiminin dinamikleri, atık barajı deformasyonu ve arazi örtüsü tipi dönüşümü doğru bir şekilde izlenebilir. Mi vd. (2019), Shanxi Eyaleti'nin güney banliyölerindeki kömür madenciliği alanında sürekli Landsat görüntü verilerini ve rastgele orman sınıflandırıcıyı kullanarak, 1987'den 2017'ye kadar yeraltı madenciliği ve arazi ıslahının neden olduğu arazi kullanım ve örtü değişikliklerini niceliksel olarak ortaya koymuş ve madencilik alanı genişlemesinin ve bitki örtüsü restorasyonunun mekansal desen özelliklerini doğru bir şekilde tasvir etmiştir.

Şekil 3. 1987'den 2017'ye kadar kesintisiz arazi kullanımı/arazi örtüsü sınıflandırması(Mi ve ark., 2019)

2. Jeolojik Afet Erken Uyarı ve Deformasyon İzleme—InSAR teknolojisi, yamaç kayması, maden ocağı çökmesi ve atık barajı stabilitesinin izlenmesi için temel bir araç olup, milimetre düzeyinde doğrulukla uzun vadeli sürekli deformasyon gözlemi sağlar. Fadhillah vd. (2024), Kuzey Kore'deki Moksan açık ocak demir cevheri madeninde, Sentinel-1 zaman serisi verilerini işlemek için derin öğrenme optimizasyon algoritmasıyla birleştirilmiş geliştirilmiş bir saçıcı InSAR (ICOPS) tekniği kullandı. İzleme sonuçları, doğu atık yığınının kümülatif çökmesinin 170 cm'ye, batı atık yığınının ise 70 cm'ye ulaştığını ve yıllık maksimum çökme oranının 15 cm/yıl'ı aştığını gösterdi. Bu çalışma, mekansal-zamansal deformasyon oranı haritaları ve profil analizi yoluyla, madencilik kaynaklı çökmenin mekansal-zamansal evrim yasasını ortaya koyarak, yamaç stabilitesi erken uyarısı ve afet önleme için nicel kanıtlar sağladı.

Şekil 4. Mushan açık ocak demir cevheri madeninin InSAR kümülatif deformasyon oranı dağılım haritası (Fadhillah vd., 2024)

Diyagramdaki renk geçişi, yıllık ortalama deformasyon oranını göstermektedir; bu oran, maden alanı sınırına eklendiğinde, üretim aşamasında güvenlik yönetimini doğrudan destekler.

Şekil 5. Mushan açık ocak demir cevheri bölgesinin 2016-2022 yılları arasındaki InSAR kümülatif deformasyon profili analizi (Fadhillah vd., 2024).

(a) ve doğu döküm sahası kesitleri A–Aʹ; (b) ve B–Bʹ; (c) ve batı döküm sahası kesitleri C–Cʹ; (d) ve D–Dʹ I'in profil deformasyon sonuçları.

Şekildeki çoklu profil çizgileri, farklı zamanlardaki kümülatif çökme ve yükseklik değişikliklerini göstererek, madencilik kaynaklı deformasyonun mekansal ve zamansal özelliklerini nicel olarak ortaya koymaktadır.

3. Ekolojik Kalite Değerlendirmesi – Özel bir uzaktan algılama ekolojik indeksi oluşturularak, bitki örtüsü stresi, toprak ve su kirliliği ve peyzaj parçalanmasının nicel karakterizasyonu sağlanabilir. Song vd. (2023), Qian'an-Qianxi'nin yoğun nüfuslu demir cevheri bölgesinde, yedi göstergeyi (bitki örtüsü, çıplak toprak yeşilliği, nem, siyah karbon parçacıkları, yüzey sıcaklığı, demir oksitler ve peyzaj parçalanması) entegre ederek Landsat verilerine dayalı Demir Cevheri Uzaktan Algılama Ekolojik İndeksi'ni (IM-RSEI) oluşturmuştur. Bu çalışma, ekolojik kalitenin 1992 ile 2018 yılları arasında "önce bozulma, sonra iyileşme" eğilimi gösterdiğini ve maden alanının ortalama IM-RSEI değerinin (0,5412) çevredeki tampon bölgeninkinden önemli ölçüde düşük olduğunu ortaya koyarak, madencilik faaliyetlerinin çevredeki ekoloji üzerindeki olumsuz etkisini doğrulamıştır.

Şekil 6. 1992'den 2018'e kadar QR'da IM-RSEI'nin mekansal dağılımı (Song ve ark., 2023)

Madencilik faaliyetleri sona erdikten sonra, GB/T 43935-2024'ün 8. Bölümü hükümlerine uygun olarak ıslah kabulü ve uzun vadeli yönetim gerçekleştirilmelidir. Bu aşamada, uzaktan algılama teknolojisi, etki değerlendirmesi ve uzun vadeli koruma için bir araç haline gelir. Uygulamaları başlıca şunları içerir: çok zamanlı NDVI ve EVI'ye dayalı olarak bitki örtüsü restorasyonu ve toprak yeniden şekillendirme süreçlerinin izlenmesi; InSAR teknolojisi kullanılarak maden ocağındaki kalıntı çökme dinamiklerinin izlenmesi; ve RSEI/IM-RSEI indeksleri aracılığıyla topografik yeniden şekillendirme, arazi ıslahı, toprak ve su kimyası ve ekosistem restorasyonunun etkilerinin nicelleştirilmesi ve ıslah kabulü için veri desteği sağlanması (GB/T 43935-2024'ün 8.4. Maddesi). Hu vd. (2022) yılında, Antaibao açık ocak kömür madeni atık yığınının ıslah alanının bitki örtüsü restorasyon durumu, çok zamanlı Landsat verilerine dayanarak izlenmiş ve NDVI mekansal-zamansal dağılım haritaları kullanılarak ıslah sonrası bitki örtüsü ve biyokütle büyüme eğilimi nicel olarak belirlenmiştir. Bu çalışma, ıslah öncesi ve sonrası NDVI haritalarını karşılaştırarak, ıslah sonrası bitki örtüsünde önemli bir artış olduğunu doğrulamıştır.

Şekil 7. Güneydeki çöp depolama alanında mekansal ve zamansal ölçeklerde NDVI'nin zaman serisi analizi (Hu vd., 2022)(a) Tek değişkenli regresyon analizinin sonuçları; (b) Sen+MK trend analizinin sonuçları.

SI, NSI, NSD ve SD sırasıyla anlamlı artış, anlamlı artış olmaması, anlamlı azalma olmaması ve anlamlı azalmayı temsil eder.

Mineral yataklarının tüm yaşam döngüsü boyunca uzaktan algılama teknolojisinin avantajları, temassız, makroskobik olarak verimli, çevre dostu ve düşük bozulma özelliğine sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Saha doğrulaması, jeofiziksel ve jeokimyasal keşif ve mühendislik kontrolü ile kapalı döngü bir teknoloji sistemi oluşturabilir (GB/T 13908-2020 Bölüm 5; GB/T 43935-2024 Madde 4.2). Yapay zeka ve çok kaynaklı veri füzyonu (uydu + İHA + InSAR) teknolojisinin entegre uygulaması, uzaktan algılama izlemesinin doğruluğunu ve güvenilirliğini daha da artırmaktadır (Chen vd., 2023; Song vd., 2023). Bununla birlikte, bu teknolojinin de sınırlamaları vardır; yalnızca yüzey ve sığ yüzey altı bilgilerini yansıtır ve saha örnekleme doğrulaması gerektirir; karmaşık jeomorfolojik alanlardaki tutarlılık kaybı sorunu hala optimizasyon gerektirmektedir. Gelecekte, "uzaktan algılama + endüstriyel kontrol terminali + Nesnelerin İnterneti + yapay zeka" teknolojilerinin entegrasyonu, maden yataklarının yönetiminin tüm yaşam döngüsü boyunca akıllı dönüşümünü sağlayacaktır.

Referanslar

[1] GB/T 13908-2020. Katı Mineral Yataklarının Jeolojik Keşfi için Genel Kurallar [S]. Pekin: Çin Standartları Yayınevi, 2020.

[2] GB/T 17766-2020. Katı Mineral Kaynak Rezervlerinin Sınıflandırılması [S]. Pekin: Çin Standartları Yayınevi, 2020.

[3] GB/T 43935-2024. Maden Arazisi Islahı ve Ekolojik Restorasyonun İzlenmesi ve Değerlendirilmesine İlişkin Teknik Şartname [S]. Pekin: Çin Standartları Yayınevi, 2024.

[4] DZ/T 0392-2022. Maden Ortamının Uzaktan Algılama Yöntemiyle İzlenmesine İlişkin Teknik Şartname [S]. Pekin: Doğal Kaynaklar Bakanlığı, 2022.

[5] Chen C, Gao L, Xie F, Xia F, Li S. WorldView-3 verilerini kullanarak hidrotermal olarak değiştirilmiş bilgilerin çıkarılması: Çin'in Kuzeybatı Gansu bölgesindeki Huitongshan'ın bir vaka çalışması[J]. Yer Bilimlerinde Sınırlar, 2023, 11: 1250591.

[6] Song W, Gu HH, Song W, ve diğerleri. Çin'in Qian'an ve Qianxi bölgelerinde uzaktan algılama bilgileri kullanılarak yoğun madencilik alanlarındaki çevresel değerlendirmeler[J]. Ekolojik Göstergeler, 2023, 146: 109814.

[7] Fadhillah MF, Hakim WL, Lee SK, ve diğerleri. Derin öğrenme algoritması optimizasyonu ile geliştirilmiş birleşik saçıcı interferometrisi kullanılarak açık ocak madencilik faaliyetinin neden olduğu arazi çökmesinin çok zamanlı analizi[J]. Bilimsel Raporlar, 2024, 14: 6311.

[8] Hu JM, Ye BY, Bai ZK, ve diğerleri. Antaibao açık ocak madeninde bitki örtüsü ıslahının uzaktan algılama ile izlenmesi[J]. Uzaktan Algılama, 2022, 14(22): 5634.

[9] Mi J, Yang Y, Zhang S, ve diğerleri. Yeraltı madenciliği ve yeniden ağaçlandırma yapılan bir alanda arazi kullanım/arazi örtüsü değişiminin sürekli Landsat sınıflandırması yoluyla izlenmesi[J]. Uzaktan Algılama, 2019, 11(14): 1719.