基于模糊綜合評價法的庫拜煤田含氣區(qū)塊評價

楊明明 張 娜

(1.新疆煤田地質局煤田地質信息中心，新疆 830091;2.新疆煤田地質局煤層氣研發(fā)中心，新疆 830091)

煤層氣選區(qū)評價技術是煤層氣勘探開發(fā)最前端、最重要的關鍵技術。煤層氣資源在投入開發(fā)前，應對準備開發(fā)的煤層氣區(qū)塊進行綜合評價，通過對比分析選擇出較好的區(qū)塊優(yōu)先開發(fā)。煤層氣選區(qū)評價將對煤層氣區(qū)塊的動用決策提供指導性意見，避免重大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

1 庫拜煤田地質概況

庫拜煤田位于天山中段南麓、塔里木盆地的北緣，總體走向為近東西向，局部地段為北東走向，形態(tài)展布不規(guī)則。地勢北高南低，由西北向東南傾斜。庫拜煤田行政區(qū)劃屬新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣、庫車縣管轄，西起拜城西部老虎臺鄉(xiāng)，東到庫車縣庫車河東。東西長200km，南北寬4～14.5km，面積約1585km2。庫拜煤田地層從古生界到中、新生界均有分布，含煤巖系主要為中生界三疊系塔里奇克組，侏羅系下統(tǒng)陽霞組、侏羅系中統(tǒng)克孜努爾組。庫拜煤田為一向南傾斜的單斜構造，地層走向為近東西向，傾角一般30°～85°，局部地段直立倒轉。煤田的主要構造有北部的F1逆斷層，南部的F2、F3正斷層；烏迪克背斜和烏迪克向斜，位于煤田以南，屬于大型褶皺，見圖1。

圖1 庫拜煤田構造簡圖(根據(jù)張洲等修改)

庫拜煤田主要包含四個大礦區(qū)，自西向東依次為拜城鐵列克西礦區(qū)、鐵列克東礦區(qū)、黑英山礦區(qū)和庫車阿艾礦區(qū)。庫拜煤田煤炭資源總量達1.97×1010t，主要以中等變質程度的焦煤為主，局部發(fā)育肥焦煤和貧煤；煤層氣資源量2000m以淺估算為2273.92×108m3，具有很好的煤層氣勘探開發(fā)前景。

2 模糊綜合評價法

根據(jù)《煤層氣地質選區(qū)評價方法》規(guī)范，低煤階含氣區(qū)塊評價參數(shù)主要有地質條件和開采條件兩個因素，地質條件因素又包括區(qū)域地質和資源地質因素；開采條件又包括技術可采性和經(jīng)濟可采性因素。各次級因素還包含更次一級因素，這些因素之間相互影響,同時也存在著相互聯(lián)系，因此對一個含氣區(qū)塊評價需要綜合所有的因素做出綜合評價才是合理的。

近年來,隨著國內(nèi)外煤層氣勘探開發(fā)理論和工程實踐的持續(xù)進展,其選區(qū)評價標準及有利區(qū)優(yōu)選原理和方法也在不斷跟進,即由傳統(tǒng)半定量性質的“綜合評價標準”方法體系向選區(qū)定量化這一必然趨勢發(fā)展。模糊數(shù)學是研究和處理模糊現(xiàn)象的一種數(shù)學方法，模糊綜合評價是模糊決策中最常用的一種有效方法。在實際中，常常需要對一個事物做出評價或評估，一般都涉及多個因素或多個指標，此時就要求我們根據(jù)這些因素對事物做出綜合評價，即模糊綜合評價法。

2.1 多層次模糊綜合評價法步驟

運用多層次模糊評價法對煤層氣地質選區(qū)進行綜合評價，可以分為4個步驟：

(1)確定評價對象的影響因素集U；

(2)確定評價對象各影響因素的隸屬度；

(3)確定各影響因素對評價對象的權重；

(4)綜合評價，得出評價結果。

2.2 確定評價對象的影響因素集

設評價對象的影響因素集為U，確定U的方法如下：

(1)設評判對象的影響因素為：U{u1，u2，…，um}，其中m為評判對象的一級影響因素，可含有二級、三級甚至四級的子因素；

(2)層次數(shù)與問題的復雜程度和所需要分析的詳盡程度有關。在進行含氣區(qū)塊和先導試驗區(qū)選區(qū)評價時，劃分為四級層次；

(3)確定評價集V。為衡量模糊指標的優(yōu)劣程度，根據(jù)心理學測度原理，規(guī)定指標的評價等級集評價集合為：V={v1，v2，…，vn}，其中n值取決于地質選區(qū)方案。在進行含氣盆地(群)評價時，n取3；在進行含氣帶、含氣區(qū)塊和先導試驗區(qū)選區(qū)評價時，n取5。

在本文中影響礦區(qū)評價的影響因素按因素的不同性質分為兩個因素集(即主要因素)：

地質條件：A={(1)區(qū)域地質，(2)資源地質}

開采條件：B={(3)技術可行性，(4)開發(fā)條件}

對兩個因素集中的4個二級因素，又可以分為17個三級因素(表1)，17個三級因素組成單因素集合U，分別為構造、水文、頂?shù)装鍘r性及封蓋能力、煤層分布面積、煤層穩(wěn)定程度、鏡質組反射率、含氣量、甲烷含量、滲透率、含氣飽和度、儲層壓力梯度、臨儲比、宏觀裂隙、有效地應力、半年平均產(chǎn)氣量、市場需求、地形、交通條件。

表1 各礦區(qū)各級評價因素

2.3 確定評價對象各影響因素的隸屬度

首先對U集合中的單因素(i=1，2，…，m)做單因素評判，從單因素ui著眼確定該因素對評價等級vj的隸屬度rij，因此得到第i個因素ui的單因素評判集ri=(ri1，ri2，…，rin)，Σrin=1。因此，因素論域與評價論域之間的模糊關系可用評價矩陣表示R，見式1：

(1)

式中：

rij是構成模糊綜合評價的基礎。

在本文中各因素的評判集如表2所示，并由6位熟悉庫拜煤田的專家根據(jù)評判集對各礦區(qū)的因素進行評價即模糊綜合評價矩陣，評價結果見表3。

表2 各級因素的評判集

表3 庫拜煤田各礦區(qū)模糊綜合評價矩陣

2.4 確定各影響因素對評價對象的權重

在進行綜合評價時，還需考慮各因素對評價等級的作用大小，即確定每個因素對應于上一層指標(因素)的權數(shù)，由此構成U上的一個模糊子集A，記為：

A(a1，a2，…，am)

Σai=1，ai表示單因素ui在總評價中對評價集V影響程度的一種度量。A稱為各因素的重要程度系數(shù)，或稱權重向量。在本文中各級影響因素的權重由專家討論給出，結果如表4。

表4 各級因素及其權重

3 綜合評價結果

煤層氣地質選區(qū)綜合評價(除含氣盆地(群)評價)往往是一個多因素、多層次的復雜評價系統(tǒng)，應用多層次模糊綜合評價模型進行處理。多層次模糊綜合評價，是以單層次評價為核心，先構成若干個評價小組的單層次評價子集，再以評價小組的評價子集為新的節(jié)點，進行高一層次的評價。

次級模糊綜合評判時的單因素評判，應為相應的上一級模糊綜合評判，故多級(以三級為例)模糊綜合評判的單因素評判矩陣，即式(2)：

(2)

多層次模糊綜合評判是從最底層(第k層)開始，向上逐層運算，直至得到最后的評價向量B。根據(jù)最大隸屬度原則得到的評價向量B對應于評價集V中的等級，即為本次最終的評價結果(表5)。

表5 庫拜煤田各礦區(qū)模糊綜合評價結果