楊明明 張 娜

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

煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)最前端、最重要的關(guān)鍵技術(shù)。煤層氣資源在投入開(kāi)發(fā)前，應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)的煤層氣區(qū)塊進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)比分析選擇出較好的區(qū)塊優(yōu)先開(kāi)發(fā)。煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)將對(duì)煤層氣區(qū)塊的動(dòng)用決策提供指導(dǎo)性意見(jiàn)，避免重大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。

1 庫(kù)拜煤田地質(zhì)概況

庫(kù)拜煤田位于天山中段南麓、塔里木盆地的北緣，總體走向?yàn)榻鼥|西向，局部地段為北東走向，形態(tài)展布不規(guī)則。地勢(shì)北高南低，由西北向東南傾斜。庫(kù)拜煤田行政區(qū)劃屬新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣、庫(kù)車(chē)縣管轄，西起拜城西部老虎臺(tái)鄉(xiāng)，東到庫(kù)車(chē)縣庫(kù)車(chē)河?xùn)|。東西長(zhǎng)200km，南北寬4～14.5km，面積約1585km2。庫(kù)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(yáng)霞組、侏羅系中統(tǒng)克孜努爾組。庫(kù)拜煤田為一向南傾斜的單斜構(gòu)造，地層走向?yàn)榻鼥|西向，傾角一般30°～85°，局部地段直立倒轉(zhuǎn)。煤田的主要構(gòu)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(jiàn)圖1。

圖1 庫(kù)拜煤田構(gòu)造簡(jiǎn)圖(根據(jù)張洲等修改)

庫(kù)拜煤田主要包含四個(gè)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(kù)車(chē)阿艾礦區(qū)。庫(kù)拜煤田煤炭資源總量達(dá)1.97×1010t，主要以中等變質(zhì)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(kāi)發(fā)前景。

2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

根據(jù)《煤層氣地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)方法》規(guī)范，低煤階含氣區(qū)塊評(píng)價(jià)參數(shù)主要有地質(zhì)條件和開(kāi)采條件兩個(gè)因素，地質(zhì)條件因素又包括區(qū)域地質(zhì)和資源地質(zhì)因素；開(kāi)采條件又包括技術(shù)可采性和經(jīng)濟(jì)可采性因素。各次級(jí)因素還包含更次一級(jí)因素，這些因素之間相互影響,同時(shí)也存在著相互聯(lián)系，因此對(duì)一個(gè)含氣區(qū)塊評(píng)價(jià)需要綜合所有的因素做出綜合評(píng)價(jià)才是合理的。

近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)理論和工程實(shí)踐的持續(xù)進(jìn)展,其選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及有利區(qū)優(yōu)選原理和方法也在不斷跟進(jìn),即由傳統(tǒng)半定量性質(zhì)的“綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”方法體系向選區(qū)定量化這一必然趨勢(shì)發(fā)展。模糊數(shù)學(xué)是研究和處理模糊現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)方法，模糊綜合評(píng)價(jià)是模糊決策中最常用的一種有效方法。在實(shí)際中，常常需要對(duì)一個(gè)事物做出評(píng)價(jià)或評(píng)估，一般都涉及多個(gè)因素或多個(gè)指標(biāo)，此時(shí)就要求我們根據(jù)這些因素對(duì)事物做出綜合評(píng)價(jià)，即模糊綜合評(píng)價(jià)法。

2.1 多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法步驟

運(yùn)用多層次模糊評(píng)價(jià)法對(duì)煤層氣地質(zhì)選區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以分為4個(gè)步驟：

(1)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素集U；

(2)確定評(píng)價(jià)對(duì)象各影響因素的隸屬度；

(3)確定各影響因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的權(quán)重；

(4)綜合評(píng)價(jià)，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 確定評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素集

設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素集為U，確定U的方法如下：

(1)設(shè)評(píng)判對(duì)象的影響因素為：U{u1，u2，…，um}，其中m為評(píng)判對(duì)象的一級(jí)影響因素，可含有二級(jí)、三級(jí)甚至四級(jí)的子因素；

(2)層次數(shù)與問(wèn)題的復(fù)雜程度和所需要分析的詳盡程度有關(guān)。在進(jìn)行含氣區(qū)塊和先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)選區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)，劃分為四級(jí)層次；

(3)確定評(píng)價(jià)集V。為衡量模糊指標(biāo)的優(yōu)劣程度，根據(jù)心理學(xué)測(cè)度原理，規(guī)定指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)集評(píng)價(jià)集合為：V={v1，v2，…，vn}，其中n值取決于地質(zhì)選區(qū)方案。在進(jìn)行含氣盆地(群)評(píng)價(jià)時(shí)，n取3；在進(jìn)行含氣帶、含氣區(qū)塊和先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)選區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)，n取5。

在本文中影響礦區(qū)評(píng)價(jià)的影響因素按因素的不同性質(zhì)分為兩個(gè)因素集(即主要因素)：

地質(zhì)條件：A={(1)區(qū)域地質(zhì)，(2)資源地質(zhì)}

開(kāi)采條件：B={(3)技術(shù)可行性，(4)開(kāi)發(fā)條件}

對(duì)兩個(gè)因素集中的4個(gè)二級(jí)因素，又可以分為17個(gè)三級(jí)因素(表1)，17個(gè)三級(jí)因素組成單因素集合U，分別為構(gòu)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(zhì)組反射率、含氣量、甲烷含量、滲透率、含氣飽和度、儲(chǔ)層壓力梯度、臨儲(chǔ)比、宏觀裂隙、有效地應(yīng)力、半年平均產(chǎn)氣量、市場(chǎng)需求、地形、交通條件。

表1 各礦區(qū)各級(jí)評(píng)價(jià)因素

2.3 確定評(píng)價(jià)對(duì)象各影響因素的隸屬度

首先對(duì)U集合中的單因素(i=1，2，…，m)做單因素評(píng)判，從單因素ui著眼確定該因素對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度rij，因此得到第i個(gè)因素ui的單因素評(píng)判集ri=(ri1，ri2，…，rin)，Σrin=1。因此，因素論域與評(píng)價(jià)論域之間的模糊關(guān)系可用評(píng)價(jià)矩陣表示R，見(jiàn)式1：

(1)

式中：

rij是構(gòu)成模糊綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

在本文中各因素的評(píng)判集如表2所示，并由6位熟悉庫(kù)拜煤田的專(zhuān)家根據(jù)評(píng)判集對(duì)各礦區(qū)的因素進(jìn)行評(píng)價(jià)即模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 各級(jí)因素的評(píng)判集

表3 庫(kù)拜煤田各礦區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣

2.4 確定各影響因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的權(quán)重

在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，還需考慮各因素對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的作用大小，即確定每個(gè)因素對(duì)應(yīng)于上一層指標(biāo)(因素)的權(quán)數(shù)，由此構(gòu)成U上的一個(gè)模糊子集A，記為：

A(a1，a2，…，am)

Σai=1，ai表示單因素ui在總評(píng)價(jià)中對(duì)評(píng)價(jià)集V影響程度的一種度量。A稱(chēng)為各因素的重要程度系數(shù)，或稱(chēng)權(quán)重向量。在本文中各級(jí)影響因素的權(quán)重由專(zhuān)家討論給出，結(jié)果如表4。

表4 各級(jí)因素及其權(quán)重

3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

煤層氣地質(zhì)選區(qū)綜合評(píng)價(jià)(除含氣盆地(群)評(píng)價(jià))往往是一個(gè)多因素、多層次的復(fù)雜評(píng)價(jià)系統(tǒng)，應(yīng)用多層次模糊綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行處理。多層次模糊綜合評(píng)價(jià)，是以單層次評(píng)價(jià)為核心，先構(gòu)成若干個(gè)評(píng)價(jià)小組的單層次評(píng)價(jià)子集，再以評(píng)價(jià)小組的評(píng)價(jià)子集為新的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行高一層次的評(píng)價(jià)。

次級(jí)模糊綜合評(píng)判時(shí)的單因素評(píng)判，應(yīng)為相應(yīng)的上一級(jí)模糊綜合評(píng)判，故多級(jí)(以三級(jí)為例)模糊綜合評(píng)判的單因素評(píng)判矩陣，即式(2)：

(2)

多層次模糊綜合評(píng)判是從最底層(第k層)開(kāi)始，向上逐層運(yùn)算，直至得到最后的評(píng)價(jià)向量B。根據(jù)最大隸屬度原則得到的評(píng)價(jià)向量B對(duì)應(yīng)于評(píng)價(jià)集V中的等級(jí)，即為本次最終的評(píng)價(jià)結(jié)果(表5)。

表5 庫(kù)拜煤田各礦區(qū)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果