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MapGIS是中地数码集团以中国地质大学和教育部地理信息系统工程研究中心为依托，自主研发的一款大型地理信息系统软件平台，可以实现面向空间实体海量数据存储及其关系组织、分析，具有TB级空间数据处理能力、可以支持局域和广域网络环境下空间数据的分布式计算[1]。模糊集理论最早由美国自动控制专家L A Zadeh教授提出，包括了数学的模糊矩阵、拓扑、分析、系统等几大理论，在科学界受到了广泛应用[2]，并衍生出了模糊综合评判、模糊综合决策、模糊聚类分析、模糊控制等理论[3]。
我国煤层气地质研究始于20 世纪80 年代,90 年代初开始研究煤层气地面勘探开发技术,经历了十几年来对国外技术消化、吸收和发展,取得了实质性进展。在山西沁水盆地、陕西韩城矿区、安徽淮南矿区等一批重点煤矿区打出了若干煤层气井；煤层气的开发已经从实验阶段进入了小规模商业化生产阶段。在国外，以美国为代表，研究最为先进，20世纪80年代提出含气量、渗透性、煤阶、煤层物理性质、煤层厚度、埋深、低温梯度、地应力、顶底板岩层特性、沉积环境及构造条件等是影响煤层气资源的主要因素[4-5]，至21世纪初期，成为世界上唯一实现大规模煤层气开发且商业化最成功的国家。
笔者采用模糊综合评判理论，首先根据影响大佛井田煤层气含量的多个影响因素，通过钻孔数据关联度大小分析，选取了煤层厚度、变质程度、煤层埋深等5个参数[6-8]，然后应用模糊矩阵评判方法建立一种煤层气资源有利区选择的评价方法[9]，最后基于MapGIS平台的图形处理、属性库管理及空间叠加分析功能进行分析研究，确定大佛寺井田煤层气资源的分部情况[10-11]，对大佛寺井田煤层气资源的开发利用具有重要意义。
陕西彬长矿区大佛寺井田位于陕西省咸阳市北部，行政区划隶属彬县、长武县管辖。该矿区位于鄂尔多斯盆地南部的渭北挠褶带北缘庙彬凹陷区，地表大面积被黄土层所覆盖，沟谷中出露的白垩系地层产状较为平缓，其深部侏罗系隐伏构造总体为一走向N60°-70°E，倾向NW-NNW向的单斜构造。其上发育一组宽缓的褶曲构造，自南向北依次为彬县背斜、师家店向斜、祁家背斜、安化向斜、路家-小灵台背斜、孟村向斜、七里铺-西坡背斜。由于受同沉积构造作用的影响，井田内由北向南依次有安化向斜、祁家背斜、师家店向斜，彬县背斜，如图1所示。
图1 大佛寺井田地质构造
Fig.1 Geological structure in Dafosi Minefield
彬长矿区含煤地层为下侏罗统延安组一共含煤6层(包括分煤层和分叉煤层)，共分为上下2个含煤段，上含煤段厚度为0～45.71 m，一般为20 m，局部地段含煤仅见3煤层组，可分为3-1煤、3-2煤，不可采；下含煤段厚度为0～100 m，一般为40～80 m，为4煤层组，分为4、4上、4上-1，4上-2等4层，4煤层组全区可采，为主采煤层。大佛寺井田煤层含气量低，但煤层厚度较大，煤层气资源量丰富，且煤层透气性好，具有地面开采的良好条件[12]。
大佛寺井田内煤层从上到下依次为3煤、4上-2煤、4上-1煤、4上煤和4煤，仅主要针对主采煤层4煤进行研究分析[13]。根据勘探成果及数据整理分析，影响煤层气有利区分布的因素主要有：煤层厚度、煤变质程度、煤层埋深、圈蔽层岩性及厚度、渗透率、孔隙度、储层压力，储层温度构造和水文地质条件等[14]。
大佛寺井田范围内共有4口煤层气测试井，分别是DFS-C01、DFS-C02、DFS-C03、DFS-C04，基于Excel数据分析功能，将各个地质因素分别与4口测试井中的含气量进行灰色关联度分析，得出它们之间的相关度大小(表1)，再根据数据的完善程度，确定出影响4煤含气量的主要几个因素作为模糊综合评判的参数[15-16]。
表1 各地质因素关联度大小比较
Table 1 Comparison of correlation degreeof various geological factors
影响因素煤层厚度变质程度煤层埋深渗透率孔隙度储层压力下部延安组泥岩厚度上部延安组泥岩厚度关联度0.510.320.350.200.460.150.220.37
根据相关度大小，最后选择煤层厚度、埋深、变质程度(最佳选择镜质组发射率，因数据不足所以选择了挥发分作为变质程度的衡量指标)、上部延安组泥岩厚度及下部延安组泥岩厚度作为评价大佛寺井田4煤煤层气资源分布的评价参数。
确定评价因素集U=(u1，u2，…，ui，…，un)，根据相关度确定评价参数：煤层厚度M、变质程度γ、煤层埋深H、上部延安组泥岩厚度D、下部延安组泥岩厚度L，可以建立影响评价对象的因素集为
U=(u1,u2,u3,u4,u5)=(M,γ,H,D,L)
(1)
据大佛寺井田范围内的地质情况、煤系特征，将评价结果分为4类：第1类为最有利区(v1)；第2类为有利区(v2)；第3类为较有利区(v3)；第4类为不利地区(v4)，第5类最不利区(v5)。评价结果集为
V=(v1，v2，v3，v4，v5)
(2)
根据第3.1节确定的因素集对某一单个因素ui进行单因素评价，得到一个相对于vi的模糊向量Ri，其评判集V上的一个模糊集合vi，将n个因素都相对于vi取模糊集合Ri，最后组成一个总的隶属度模糊矩阵[17-18]，即
(3)
以上各因素对于储层含气量的影响程度各不相同，为了准确的反应各个因素的重要程度，根据专家经验和知识对各因素赋予相应的权重系数wi，组成权重集W为
W=(w1，w2，…，wi，…，wn)
(4)
各权重数应满足归一和非负的条件,即
且wi≥0
根据相关度大小及专家经验可以给出各评价因素M、γ、H、D、L的权重为
wM=0.3；wγ=0.1；wH=0.2；wD=0.3；wL=0.1；
即本次评价的权重集为
W=(0.3，0.1，0.2，0.3，0.1)
将权重模糊向量集W与隶属度模糊矩阵R进行合成，就得到了大佛寺煤层气分布情况的最终评价结果，即
B=W·R=(b1,b2,b3,b4,b5)
式中“·”表示一种合成运算，一般有4种不同的计算方法，在这里选用最佳的乘积求和型运算模式[19]为
原始数据整理主要是在Excel中进行，主要包括：井田边界(井田拐点坐标)范围、各钻孔坐标、各钻孔揭露的地质数据(煤层厚度、煤层埋深、上部延安组泥岩厚度、下部延安组泥岩厚度)、测井数据(储层压力、储层渗透率、储层温度)、煤变质程度数据(挥发分、镜质组最大反射率、炭含量)等。根据各钻孔数据的完整程度对钻孔进行删选，删除那些数据不完整的钻孔，然后分别与含气量进行关联度分析，最终选定所用的数据。
在MapGIS图形处理功能中对选定的数据分别建库。将Excel中整理的个数据分别复制粘贴为文本文件，在文本文件中调整数据格式为MapGIS所用的形式。首先根据井田拐点坐标生成井田边界线。根据2009年下发的采矿许可证范围，矿权边界重新调整，调整后的矿权边界由26个拐点组成。在MapGIS实用服务-投影变换模块下投影转换-用户文件投影转换功能下将井田拐点坐标投影为点，将拐点连线组成井田边界。然后在MapGIS空间分析-DTM分析-grid模型下对离散数据网格化，分别单独生成各地质因素等值线图层，将井田边界文件分别添加进来，对各等值线进行必要的修改，作为综合评判的基础图层[19]。
根据井田范围对整个研究区进行网格化。选择井田边界最左下角拐点坐标和最右上角拐点坐标(根据需要可以适当的缩小放大)，然后在MapGIS实用服务-投影变换模块下根据需要生成方格网，将生成的方格网进行造区，每一个小格子是一个单独的模块，可以编辑自己单独的属性，并且，对每一个小属性块进行编号。
4.3.1 图层叠加
将4煤厚度等值线图层与具有属性的网格图层进行叠加。首先建立一个工程，将煤层厚度等值线文件和网格文件同时添加进来，每一个属性块中都会有一个煤层厚度值，然后根据表2中的煤层厚度隶属度函数求出一个介于0～1的隶属度值。最后在MapGIS属性库管理模块下编辑网格属性，将根据隶属度函数求出的煤层厚度隶属度(μM)分别赋予每个网格，这样每个属性网格就多了一个属性M。同理可以将煤层埋深(H)、变质程度(γ)、上覆延安组泥岩厚度(D)、下部延安组泥岩厚度(L)这几个隶属度μ求出，并赋予每个属性网格[20-21](图2)。
图2 各地质因素叠加
Fi.2 Geological factors overlay map
4.3.2 实现综合评价
将各地质因素的隶属度值赋予每个属性块后，就可以在各属性块中将权重向量与隶属度向量进行合成，得到一个最终评价结果。在MapGIS属性库管理模块的结构功能下编辑公式，合成方法：Z=wMM +wγγ +wHH+wDD+wLL。这样每个属性块就会有一个综合评价值(Z)，然后根据评价值的大小和分布情况对其进行等级划分[22]，本次评价等级划分的标准见表3。
表3 等级划分标准
Table 3 Standard classification
等级最有利区有利区较有利区不利区最不利区综合评价值Z≥0.70.6≤Z<0.70.5≤Z<0.60.4≤Z<0.5Z≤0.4
所有属性块中的综合评价值(Z)得到后，在MapGIS工程编辑状态下就可以根据区属性修改区参数，根据综合评价值(Z)的大小将每个区块修改为不同的图案(图3)。
图3 各区块综合评价
Fig.3 Comprehensive evaluation of each block
根据属性修改完各区块的参数后，就可以大概的确定煤层气资源的分布情况，但各属性块是正方形的，并不能够准确的表达出煤层气资源的分布范围，为了能够客观和准确的反应出大佛寺煤层气资源分布情况，可以通过插值的方法将正方形的属性块修改为光滑的等值线图，划分出每一等级的边界线，通过重新造区就可以得到大佛寺井田煤层气资源分布有利区预测图(图4)。
1—最有利区 2—有利区 3—较有利区 4—不利区 5—最不利区
图4 煤层气资源分布等级预测
Fig.4 Forecast chart of CBM resource distribution level
1)大佛寺井田煤层含气量低，但煤层厚度较大，煤层气资源量丰富，主采4煤的煤层气资源具有地面开采的良好条件，影响4煤的煤层气资源分布的因素有：煤层厚度、煤变质程度、煤层埋深、圈蔽层岩性及厚度、渗透率、孔隙度、储层压力，储层温度、构造和水文地质条件等，通过关联度比较分析得出，主控因素为：煤层厚度、变质程度和顶底板岩性的圈闭程度，次空因素为煤层埋深、煤层渗透率、储层压力、储层温度、构造发育情况和水文地质条件。
2)根据各地质因素对煤层气含量的影响大小确定影响因子，应用模糊综合评判理论建立合理的评判模型，借助MapGIS空间叠加分析功能，可以很好的实现煤层气资源空间分布等级评价。
3)受储藏条件影响，研究区煤层气资源分布比较零散。最有利区，占井田面积的8%，主要集中在井田中部地区；有利区，占井田面积的30%，主要分布在最有利区外围，东北局部地区也有分布；较有利区，占井田面积的40%，主要分布在井田中部以东；不利区，占井田面积的17%，主要零星分布在井田东南、西南边缘地带；最不利区，占井田面积的5%，主要零星分布在井田西南边缘及东部边缘地带。
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