基于模糊綜合評價法的庫拜煤田含氣區塊評價

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中心，新疆 830091)

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

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，形態展布不規則。地勢北高南低，由西北向東南傾斜。庫拜煤田行政區劃屬新疆阿克蘇地區拜城縣、庫車縣管轄，西起拜城西部老虎臺鄉，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，侏羅系下統陽霞組、侏羅系中統克孜努爾組。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(根據張洲等修改)

庫拜煤田主要包含四個大礦區，自西向東依次為拜城鐵列克西礦區、鐵列克東礦區、黑英山礦區和庫車阿艾礦區。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前景。

2 模糊綜合評價法

根據《煤層氣地質選區評價方法》規范，低煤階含氣區塊評價參數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域地質和資源地質因素；開采條件又包括技術可采性和經濟可采性因素。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系，因此對一個含氣區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,隨著國內外煤層氣勘探開發理論和工程實踐的持續進展,其選區評價標準及有利區優選原理和方法也在不斷跟進,即由傳統半定量性質的“綜合評價標準”方法體系向選區定量化這一必然趨勢發展。模糊數學是研究和處理模糊現象的一種數學方法，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。在進行含氣區塊和先導試驗區選區評價時，劃分為四級層次；

(3)確定評價集V。為衡量模糊指標的優劣程度，根據心理學測度原理，規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、含氣區塊和先導試驗區選區評價時，n取5。

在本文中影響礦區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)區域地質，(2)資源地質}

開采條件：B={(3)技術可行性，(4)開發條件}

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、頂底板巖性及封蓋能力、煤層分布面積、煤層穩定程度、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、半年平均產氣量、市場需求、地形、交通條件。

表1 各礦區各級評價因素

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評判集對各礦區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，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，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，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 庫拜煤田各礦區模糊綜合評價結果