一种深部采掘空间二氧化碳地质封存选址方法及系统

本发明属于二氧化碳地质封存，具体而言涉及一种深部采掘空间二氧化碳地质封存选址方法及系统。

背景技术：

1、二氧化碳地质封存技术是永久封存二氧化碳最直接、有效的减排手段。依据地质封存体类型，目前主要的封存层位包括：废弃油气藏、深部咸水层、不可采煤层、海洋。

2、随着煤矿自身服务年限期满和“双碳”目标的落实，我国废弃/关闭煤矿数量不断增加。煤矿作为人类大规模地下开发活动的载体，在煤炭生产过程中产生的采空区及顶、底板采动裂隙（即深部采掘空间）为二氧化碳地质封存提供了独特的封存空间。

3、深部采掘空间兼具规模宏大、充注压力低的优势，是理想的碳封存场所。充分利用深部关闭/废弃矿井中采掘空间，实现资源与资产二次回报，对能源可持续开发与生态环境保护具有重要的作用和意义。

4、二氧化碳地质封存选址评价是保障碳封存安全性、长期稳定性及工程可行性的核心环节，需从多尺度、多维度构建科学的评价体系，综合考量地质特征、封存潜力及环境风险等因素。

5、目前，深部采掘空间的二氧化碳地质封存仍处于探索阶段，缺少有效的封存适宜性评价指标。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种深部采掘空间二氧化碳地质封存选址方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺少有效的封存适宜性评价指标的问题。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一方面，提供一种深部采掘空间二氧化碳地质封存选址方法，包括：

4、获取多个候选煤盆地的盆地尺度评价数据，并构建盆地尺度评价指标集合；

5、执行标准化处理，得到所述盆地尺度评价指标集合中的每个盆地尺度评价指标的盆地尺度标准化评价指标；

6、基于毕达哥拉斯模糊集构建指标评价集合，并引入三角模糊数优化隶属度和非隶属度，得到每个所述盆地尺度标准化评价指标的综合隶属度和综合非隶属度；

7、根据所述盆地尺度标准化评价指标、所述综合隶属度和所述综合非隶属度，计算每个所述候选煤盆地在每个所述盆地尺度标准化评价指标下的指标得分，并基于所述指标得分构建盆地尺度决策矩阵；

8、采用critic法基于多个所述候选煤盆地的盆地尺度标准化评价指标，计算每个所述盆地尺度标准化评价指标的权重，并基于所述权重和所述盆地尺度决策矩阵，采用vikor多属性评价方法对多个所述候选煤盆地进行排序，将排序最优的候选煤盆地确定为目标煤盆地；

9、在所述目标煤盆地内，获取多个候选煤矿区的矿区尺度评价数据，并构建矿区尺度评价指标集合；

10、对所述矿区尺度评价指标集合中的每个矿区尺度评价指标进行标准化处理，并基于毕达哥拉斯模糊集、三角模糊数、所述critic法和所述vikor多属性评价方法，对多个所述候选煤矿区进行排序，以确定二氧化碳地质封存区。

11、可选地，所述构建盆地尺度评价指标集合，包括：

12、获取用于表征所述候选煤盆地工程地质稳定性的第一类评价数据；

13、获取用于表征所述候选煤盆地封存潜力的第二类评价数据；

14、获取用于表征所述候选煤盆地封存经济性的第三类评价数据；

15、基于所述第一类评价数据、第二类评价数据和第三类评价数据，构建所述盆地尺度评价指标集合。

16、可选地，所述第一类评价数据包括：构造复杂度指标、地震活动性指标和地热流场指标；且所述构造复杂度指标基于候选煤盆地内活断层密度、最大断裂规模和平均居里面深度确定；所述地震活动性指标基于候选煤盆地地震烈度、地震震级和震级上限确定；所述地热流场指标基于候选煤盆地地热流值和平均地温梯度确定；

17、所述第二类评价数据包括封存体积指标和盖层密闭性指标；其中，所述封存体积指标基于候选煤盆地关闭煤矿数量和矿井平均涌水量确定，所述盖层密闭性指标基于候选煤盆地盖层有效厚度、盖层孔隙率和盖层渗透率确定；

18、所述第三类评价数据包括煤盆地经济性指标，所述煤盆地经济性指标基于候选煤盆地碳源规模和碳源距离确定。

19、可选地，所述基于毕达哥拉斯模糊集构建指标评价集合，并引入三角模糊数优化隶属度和非隶属度，得到每个所述盆地尺度标准化评价指标的综合隶属度和综合非隶属度，包括：

20、获取多个专家对每个所述盆地尺度标准化评价指标的隶属度评价结果和非隶属度评价结果；

21、基于所述隶属度评价结果和非隶属度评价结果构建毕达哥拉斯模糊集；

22、根据同一专家对不同评价指标的评价差异以及不同专家对同一评价指标的评价差异，引入所述三角模糊数对所述隶属度评价结果和非隶属度评价结果进行修正，得到每个所述盆地尺度标准化评价指标的综合隶属度和综合非隶属度。

23、可选地，第个专家对第个评价指标给出的隶属度评价值和非隶属度评价值分别为和，且满足：，，；

24、经修正操作，得到优化后的隶属度和优化后的非隶属度，其中：

25、

26、

27、第个评价指标对应的综合隶属度和综合非隶属度分别为：；；

28、其中，，表示专家序号；表示参与评价的专家总数；，表示评价指标序号；表示评价指标总数；表示第个专家对第个评价指标给出的隶属度评价值；表示第个专家对第个评价指标给出的非隶属度评价值；表示经三角模糊数优化后的第个专家对第个评价指标的隶属度；表示经三角模糊数优化后的第个专家对第个评价指标的非隶属度；和分别表示第个专家对全部个评价指标给出的隶属度评价值总和和非隶属度评价值总和；和分别表示全部个专家对第个评价指标给出的隶属度评价值总和和非隶属度评价值总和；表示第个评价指标对应的综合隶属度；表示第个评价指标对应的综合非隶属度。

29、可选地，所述根据所述盆地尺度标准化评价指标、所述综合隶属度和所述综合非隶属度，计算每个所述候选煤盆地在每个所述盆地尺度标准化评价指标下的指标得分，并基于所述指标得分构建盆地尺度决策矩阵，包括：

30、针对每个所述候选煤盆地的每个盆地尺度标准化评价指标，将该盆地尺度标准化评价指标的标准化指标值、对应的综合隶属度以及对应的综合非隶属度进行融合处理，得到该候选煤盆地在该盆地尺度标准化评价指标下的指标得分；

31、按照所述候选煤盆地和所述盆地尺度标准化评价指标之间的对应关系，将多个所述候选煤盆地作为行、以多个所述盆地尺度标准化评价指标作为列，以每个所述候选煤盆地在每个所述盆地尺度标准化评价指标下的指标得分作为矩阵元素，构建所述盆地尺度决策矩阵；其中，所述盆地尺度决策矩阵用于表征各候选煤盆地在各盆地尺度评价指标下的综合适宜性水平。

32、可选地，所述采用critic法基于多个所述候选煤盆地的盆地尺度标准化评价指标，计算每个所述盆地尺度标准化评价指标的权重，并基于所述权重和所述盆地尺度决策矩阵，采用vikor多属性评价方法对多个所述候选煤盆地进行排序，将排序最优的候选煤盆地确定为目标煤盆地，包括：

33、基于多个所述候选煤盆地的盆地尺度标准化评价指标，确定每个所述盆地尺度标准化评价指标的指标波动程度以及不同盆地尺度标准化评价指标之间的冲突程度，并根据所述指标波动程度和所述冲突程度计算每个所述盆地尺度标准化评价指标的权重；

34、根据所述权重和所述盆地尺度决策矩阵，采用所述vikor多属性评价方法确定每个所述候选煤盆地相对于理想评价结果的群体效用值和个体遗憾值，并基于所述群体效用值和所述个体遗憾值确定每个所述候选煤盆地的折中评价值；

35、根据所述折中评价值对多个所述候选煤盆地进行排序，并将综合排序值最优的候选煤盆地确定为所述目标煤盆地。

36、可选地，在确定所述二氧化碳地质封存区之前，还包括：对每个所述候选煤矿区进行现场封闭性校核，且响应于现场封闭性判别指数低于预设封闭性阈值时，剔除对应的候选煤矿区。

37、可选地，所述构建矿区尺度评价指标集合，包括：

38、获取用于表征候选煤矿区封存工程地质条件的第一评价数据；

39、获取用于表征候选煤矿区封存可储地质空间的第二评价数据；

40、获取用于表征候选煤矿区封存长期稳定性的第三评价数据；

41、获取用于表征候选煤矿区封存施工经济性的第四评价数据；

42、基于所述第一评价数据、所述第二评价数据、所述第三评价数据和第四评价数据，构建所述矿区尺度评价指标集合；

43、其中，所述封存工程地质条件指标基于候选煤矿区构造容量维、封存有效深度和地应力状态指数确定；

44、所述封存可储地质空间指标基于候选煤矿区平均采厚、采空区总面积、平均垮落带高度、平均导水裂缝带高度、平均底板破坏带深度和平均碎胀系数确定；

45、所述封存长期稳定性指标基于候选煤矿区顶板导水裂缝带以上泥岩层总厚度、盖层孔隙率、盖层渗透率和盖层突破压力确定；

46、所述封存施工经济性指标基于候选煤矿区注井施工成本、采掘扰动空间内碎裂覆岩岩体质量、选址区域地表人口密度和选址区域地表建筑物分布密度确定。

47、另一方面，还提供一种深部采掘空间二氧化碳地质封存选址系统，包括：

48、获取单元，用于获取多个候选煤盆地的盆地尺度评价数据，并构建盆地尺度评价指标集合，以及在目标煤盆地内，获取多个候选煤矿区的矿区尺度评价数据，并构建矿区尺度评价指标集合；

49、处理单元，用于执行标准化处理，得到所述盆地尺度评价指标集合中的每个盆地尺度评价指标的盆地尺度标准化评价指标，以及基于毕达哥拉斯模糊集构建指标评价集合，并引入三角模糊数优化隶属度和非隶属度，得到每个所述盆地尺度标准化评价指标的综合隶属度和综合非隶属度，且根据所述盆地尺度标准化评价指标、所述综合隶属度和所述综合非隶属度，计算每个所述候选煤盆地在每个所述盆地尺度标准化评价指标下的指标得分，并基于所述指标得分构建盆地尺度决策矩阵；

50、选址单元，用于采用critic法基于多个所述候选煤盆地的盆地尺度标准化评价指标，计算每个所述盆地尺度标准化评价指标的权重，并基于所述权重和所述盆地尺度决策矩阵，采用vikor多属性评价方法对多个所述候选煤盆地进行排序，将排序最优的候选煤盆地确定为目标煤盆地，以及对所述矿区尺度评价指标集合中的每个矿区尺度评价指标进行标准化处理，并基于毕达哥拉斯模糊集、三角模糊数、所述critic法和所述vikor多属性评价方法，对多个所述候选煤矿区进行排序，以确定二氧化碳地质封存区。

51、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

52、通过选取的盆地尺度评价数据，能够对多个候选煤盆地进行盆地尺度排序，再根据矿区尺度评价数据，在排序最优的目标煤盆地内对多个候选煤矿区进行矿区尺度排序，使选址过程形成宏观筛选至局部优选的递进逻辑。由此能够减少无效矿区评价范围，提高选址效率，并使最终确定的采掘空间二氧化碳地质封存煤矿区同时满足区域适宜性和矿区工程可实施性。同时，在选址过程中，通过执行标准化处理、毕达哥拉斯模糊集、三角模糊数、critic法和vikor多属性评价方法，能够充分挖掘评价数据与二氧化碳地质封存区之间的深度关联性，避免单纯依赖主观经验或单一指标判断，提高二氧化碳地质封存选址结果的客观性和稳定性。

53、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。