煤层气目标区模糊综合评价模型及其GIS实现.doc

煤层气目标区模糊综合评价模型及其GIS实现李贵中 刘洪林 王 勃 (1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北 廊坊 065007；摘要：地理信息系统（GIS）以空间数据库技术为核心，将空间要素与统计数据有机地结合在一起，具有直观灵活、分析功能强大、制表制图方便等优点。根据中国煤层气目标区的特点，建立了4种原则下用于不同情形的煤层气目标区评价模型：第1种模型为全面考虑各个因素原则；第2种模型为只考虑重点因素原则，第3种模型为着重考虑重点因素原则，第4种模型为既全面考虑又兼顾重点因素原则。针对模型在常用GIS软件mapGIS基础上进行了二次开发并对模型进行了实现，评价结果与实际情况基本相符（文中只给出了华北地区的实际情况）。关键词：煤层气(CBM)；模型；耦合；GIS；模糊综合评价0 引 言煤层气目标区优选评价是煤层气勘探的前提，也是煤层气基础研究中的主要内容，影响煤层气目标区优劣的因素众多，既有地质因素又有地理因素，且各因素对目标区的重要性有一定差别，详细区分各因素对目标区的影响程度，从而对煤层气目标区进行优选评价对煤层气勘探具有重要的指导意义。1 煤层气目标区优选评价指标体系影响煤层气目标区的因素较多，而且关系错综复杂，通过详细分析所有因素并结合目前煤层气勘探实践，将煤层气目标区的因素分为5类，主要包括几何因素、煤储层因素、封闭因素、资源因素及开发基础因素（表1所示），这5类因素侧重点各不相同，反映的是煤层气目标区不同的方面。 2 煤层气目标区模糊综合评价模型模糊综合评价应用很广，卢颖忠等应用模糊统计评价了水淹层，高有瑞等应用模糊综合评判评价了去油区块。从表1所示的优选评价指标体系，将目标区的影响因素按对目标的属性分为5个分系统。考虑一般情形设评价分系统为S=s1，s2，sm；评价目标集为O=，如果某个(i1，2，g)又由个子目标组成，则记为=，；由全体评价指标组成评价指标集U，按n个不能再分目标将评价指标分成n个子集U=，且满足=u，ij，i，j1，2，n表1 煤层气目标区优选评价指标体系评价指标影响因素几何因素目标区面积储层因素煤级吸附饱和度储层渗透率朗格谬尔体积朗格谬尔压力储层压力临储压力比封闭因素盖层砂泥比资源因素资源丰度资源量含气量开发基础因素市场需求地区经济发展程度与中心城市距离地形地貌设第i个子集ui有ni个评价指标，对于S中的sj可用矢量表示ni个评价指标的指标值=(，) （1）对于与Ui对应的第i个目标来说，m个目标区评价指标的指标值可用下列矩阵表示： ix= （2）按一定的隶属函数计算，可将指标值矩阵转化为下列隶属度矩阵(评价矩阵) = （3）式中：为目标区sj对应的第i个目标的第k个指标的隶属度，且0，1。我们分别以和表示m个评价目标区对应的Ui上第k个指标的单指标评价和ni个评价指标对应Sj的单目标区评价=(，)，=(，)。=(，)，=(，)。设子集Ui的ni个评价指标的权系数集为=(，) （4）式中（k=1，2，ni）为第k个评价指标对应的权系数值，且0，=1。Ui上的模糊综合评价集为=(，) （5）其中为Ui上的目标区Sj的模糊综合评价结果，且按下式计算=（k=1，2，ni；j=1，2，m）（6）式中的和为广义Fuzzy算子，是对模糊矩阵的复合运算(max)和(min)的一种推广。将作为更高一层的评价矩阵行，再引用式(6)计算，这样便可得到最高层的综合评价结果集：B=(，) （7）决策者在对目标区进行综合评价时往往要求依据多种评价原则进行评价的特点，对综合评判的数学模型中的Fuzzy算子的组合方式作了进一步的拓广，该模型可实现下述评价原则下的模糊评价（对于Ui来说，下述各模型分别给出式(1)中的）。 原则1：全面考虑各个因素原则。该原则要求对所有因素依权系数值的大小均衡兼顾，比较适用于要求整体指标的情形。与此对应的模糊运算模型为：= 。 原则2：只考虑重点因素原则。该原则下的评价结果只由指标最大的决定，其余指标在一个范围内变化不影响评价结果。该原则比较适用于单项最优运算综合优化的情形。与此对应的模糊运算模型为： =（k=1，2，ni）。 原则3：着重考虑重点因素原则。该原则与原则2接近，但评价结果比原则2要精细一些，评价结果多少反映了非主要指标。该原则适用于原则2所得评价结果不可区别而需要“加细”时的情况。与此对应的模糊运算模型为：= =。原则4：既全面考虑又兼顾重点原则。该原则既要求对所有因素全面考虑，又要求兼顾重点因素，与此对应的模糊运算模型为全面考虑各个因素原则下的运算模型同着重考虑重点因素原则下的运算模型的加权组合 =+(k=1，2，ni；01)。3 权系数的赋值方法 在目标区这一复杂系统中，决策问题常常是半结构化或非结构化的，对这些结构的多目标（多指标）权值的确定，往往反映了专家对领域问题理解的一个重要方面，是专家经验和决策者意志的体现，它相当程度上决定了多目标综合的精度。这里通过专家调查进行赋值，即调查专家各因素的权系数值，最后取得一个合理的权系数，权系数赋值同时要对一致性或合理性检验，并要进行归一化和调整。 4 特征值量化方法 通过分析，将目标区系统的指标分为下列几种类型：资源型（越丰富越好）、开发型（开发条件越有利越好）、综合型（总体条件好）、区间型（特征值在某一固定区间内为最好）。对于子集Ui中的ni个指标来说，一般可分解为4个子集Ui=Ui1，Ui2，Uini=Ui1，Ui2，UilUil+1，Uil+2，UimUim+1，Uim+2，UirUir+1，Uir+2，Uini=Ui1Ui2Ui3Ui4式中Ui1 为成本型指标子集 Ui2 为效益型指标子集Ui3 为适中型指标子集Ui4 为区间型指标子集。为了计算上的简便和易于推广，对于隶属度的计算采用下面4种隶属函数：(1)成本型隶属函数= (k=1，2，l) （8）(2) 效益型隶属函数= (k=l+1，l+2，m) （9）(3) 综合型隶属函数= (k=m+1，m+2，r) （10） A： B：(4) 区间型隶属函数(k=r+1，r+2，ni) = （11）A：v0l2 式中,v0l1，v0l2为指标的最佳稳定区间。5 煤层气目标区评价模型与GIS的结合GIS空间与属性数据库数据传输煤层气目标区评价模型GIS输出模块空间分析结果格式转换后期处理格式转换可视化输出评价模型与GIS采用基于数据传输的松散结合方式，这是当前应用最广泛、最简单的结合方式，其基本思路是：以GIS作为多源数据采集、管理的平台，将经过前期处理的数据传输至评价模型，再将分析结果返回GIS，利用GIS的输出模块可视化表达和显示结果，如图1所示。图1 目标区评价模型与GIS的松散结合方式6 GIS软件开发与煤层气目标区评价以常用地理信息系统软件MAPGIS作为二次开发平台，高级语言VC+作为二次开发语言，实现煤层气目标区评价为目标，开发了软件系统。华北聚气区是我国煤层气资源最为丰富的地区。其地理分布范围与华北赋煤区一致，大致相当于华北地台，西起贺兰山西缘断裂带、青铜峡固缘断裂带，东止郯庐断裂带，北起兴蒙褶皱系东段，南至秦岭大别山褶皱带。该区以石炭二叠系含煤地层为主，有少数早中侏罗世含煤盆地发育。应当指出，华北聚气区北界东段的界线与华北地台的北界并不吻合，而是与华北赋煤区的北界相一致。这主要从资源的行政区划管理和开发角度考虑，并参照了中国煤田地质总局第三次煤田预测中关于华北赋煤区北部边界的划分意见，根据次级构造单元和煤层气赋存特点，华北聚气区划分为14个聚气带和51个目标区。其中：华北北缘聚气带包括西段的阴山含煤区和东段的冀北含煤区；豫北鲁西聚气带豫北鲁西北、鲁西南和鲁中三个含煤区；其它聚气带的地理分布范围与对应的含煤区相同。考虑到目前煤层气勘探现状，既要全面考虑影响目标区的各因素又要考虑某些重要因素，因此采用第4种原则下的评价模型，对华北煤层气目标区建立了GIS数据库，并进行了评价，结果如图2。图2 华北聚气区煤层气目标区综合评价图Fig. 2 Synthesis evaluation result of CBM object area in North China-鄂尔多斯东北缘；-鄂尔多斯东缘；-宁武盆地南部；-沁水盆地南部；-鄂尔多斯盆地西缘；-沁水盆地西部；-南华北地区；-鄂尔多斯盆地南缘；-太行山东麓。图中，区域、区域、区域、区域为煤层气有利勘探目标区，分别对应鄂尔多斯盆地东北缘、东缘、宁武盆地南部和沁水盆地南部；这几个地区也是目前我国煤层气勘探开发的热点地区，其中沁水盆地南部已经实现了小规模的商业化开发；其余区域、区域、区域、区域、区域分别对应较有利区块和不利区块，包括鄂尔多斯盆地西缘、沁水盆地西部、南华北地区、鄂尔多斯盆地南缘以及太行山东麓（图2），这与前人评价结果基本一致。7 结论运用GIS 对煤层气目标区评价，可以综合考虑影响目标区的各种因素，结合建立的评价模型，可以根据不同的目的对目标区进行不同侧重的评价，且运用GIS能够迅速便捷的计算和图形显示，本文综合考虑所有因素对华北聚气区的煤层气目标区进行了评价，评价结果与前人评价结果基本一致，这对煤层气的勘探开发具有一定的指导意义。参 考 文 献1 李贵中，吴立新，王红岩，等. GIS支持下的煤层气有利勘探目标区优选J. 天然气工业, 2005, 25(9)：7-9+1482 卢颖忠，黄智辉，管志宁.应用模糊统计和灰色识别评价淹水层J.现代地质，1999，13（03）345-3493 高有瑞，熊运斌，李春玉.模糊综合评判在聚合物驱油区块评价中的应用J.现代地质，2003，17（02）222-226