基于R S的AH P方法在C O2地质储存地表选址评价中的应用

王旭清 王宇

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定 071051）

基于R S的AH P方法在C O2地质储存地表选址评价中的应用

王旭清 王宇

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心河北保定 071051）

遥感技术能够快速准确地获取地表地质环境信息，AHP方法的可以有效地融合各种定性、定量变量，通过建立判断矩阵，优选最佳方案。二氧化碳地质储存地表适宜性评价是碳封存过程中的一个重要环节，本文通过建立AHP评价模型，融合遥感解译获取地面选址评价因子信息，计算CO2地质储存场地地表适宜性，优选出目标靶区，提高了CO2地质储存选址的科学性和合理性。

CO2地质储存；雷达遥感；高光谱；AHP

一、引言

随着工业化社会进程和发展，煤炭、石油、天然气等化石燃料的消耗日益增大，以CO2为主的温室气体排放也大量增加，同时引发的全球“温室效应”日益加剧，气候异常极端灾害天气频发，因此开展CO2地质捕集和封存是温室气体减排，缓解全球气候变暖趋势的有效方法[1]。二氧化碳捕集与地质封存(CCS)是实现温室气体减排的最有效途径之一，目前我国已经初步建立起了中国CO2地质储存技术方法和指标体系，CO2地质封存场地选址过程需要综合考虑构造圈闭、地质储盖层、环境地质、人文经济等因素开展评价研究，而表层地质环境要素为基础的地面适宜性评价是其不可或缺的环节[1，3]。

遥感技术在地质学、环境科学、国土监测等方面的广泛应用，利用卫星影像能够快速准确地获取地质构造、地形地貌、地质灾害、地形地貌、土地利用等要素信息[8]，准确地刻画地球表层的地质环境条件。层次分析法（AHP）是一种将定性与定量相结合的系统化、层次化的多目标决策分析方法，通过建立层次要素间的判断矩阵得出不同方案重要性程度的权重，并为最佳方案的选择提供依据[7,10]。利用GIS空间分析技术，结合遥感解译获取的信息，运用层次分析法综合评价地表地质环境条件，成为CO2地质储存地面适宜性评价的一种有效地途径。

二、二氧化碳选址遥感解译

二氧化碳地质储存遥感解译对象为影响场地选址的地质环境要素，工作卫星影像数据选取宜依据解译对象和解译比例尺确定，解译方法以人工交互为主辅以自动信息提取方法。

1.1 遥感数据源的选取

工作影像应以地物信息丰富的多光谱影像为主，影像空间分辨率宜根据解译比例尺确定，通常情况下1∶25万遥感解译影像空间分辨率不低于30米，以10～15米为最优；1∶5万遥感解译影像空间分辨率不低于5米，以1～2.5米为最优。同时，空间分辨率也应考虑解译对象需求，地质构造、地形地貌遥感解译以中分辨率影像为宜，地质灾害、大型碳源、交通条件解译以高分辨率影像为最佳。

1.2 地质环境解译指标体系

二氧化碳地质储存地表适宜性评价指标体系包括：地质构造、地形地貌、土地覆盖/土地利用、地质灾害、交通运输、碳源、人口分布、矿产开发等内容，各类单一要素根据研究区区域地质环境特征划分类别[4]（表1），进行详细解译。

三、AHP层次分析模型

层次分析法是一种将定性与定量分析方法相结合的多目标决策分析方法，其主要思想是通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，对两两指标之间的重要程度作出比较判断，建立判断矩阵，通过计算判断矩阵的最大特征值以及对应特征向量，就可得出不同方案重要性程度的权重，为最佳方案的选择提供依据，具体流程包括以下几个方面：

① 建立综合评价递阶层次结构

对目标问题进行分析，将其包含的影响因素分类，每类作为一个层次，一般而言，包括目标层A、准则层（B、C…）以及方案层D（D1、D2、D3…）

② 构造各判断矩阵

根据决策者对递阶层次结构每层中的各因素相对重要性给出判断矩阵A，判断矩阵A代表某一层某因素对本层有关因素之间的相对重要性[5]。

③ 计算各判断矩阵的特征向量。

计算过程中的ω代表该判断矩阵的近似特征向量，该向量中个元素分别代表本层各影响因素对上层相关准则的相对权重值，在实际应用过程中通常以最大特征向量作为准则层对目标层的权向量。计算步骤如下[5,2]：

Ⅰ∶归一化计算

Ⅱ∶计算判断矩阵最大特征值

④ 判断矩阵的一致性检验

为保证层次分析结论的合理性，避免出现逻辑冲突，需要对判断矩阵进行一致性检验。通过计算一致性指标（公式1），查找相应的平均随机一致性指标，并计算一致性比例（公式2），当时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正[5]。

⑤ 计算方案层综合评价得分

通过计算各准则层制约要素的总得分，评价各个方案的优劣性，通过最后的计算得分实现方案层的排序，产生出最优方案，具体计算方法如下：

公式3：

四、应用分析

3.1 工作区地质环境背景

研究区南起天山北麓准噶尔盆地南缘北至古尔班通古特沙漠腹地，东起吉木萨尔县西至乌鲁木齐市，阜康—吉木萨尔断裂带以北断陷盆地（阜康凹陷）内[9]。区内南部发育推覆逆冲型活动断裂，向北地层平缓至三台凸起，盆地储盖层条件良好，人口稀少，大型火电厂、煤化工企业密布。

3.2 地质环境遥感解译

利用Landsat-OLI多光谱影像开展地质构造、地形地貌、土地覆盖/土地利用类型遥感解译（图1），阜康断裂带构造控制第四系沉积范围，区内自南向北低山丘陵、洪积扇、倾斜平原、冲积平原、湖积平原和风成沙丘等地貌；河流水系形成于天山山区，流经山前平原后消失于古尔班通古特沙漠南缘；土地覆盖类型以人工绿洲、天然草地、人工防护林、戈壁裸地和固定半固定沙地，地质灾害类型主要为春季融雪和夏季强降水常引发的洪水泛滥。

利用高分辨率Google卫星影像解译获取主要公路、碳源和人口聚集区的空间分布特征，境内建设有G216、G335、S303、S111、X132等主要公路，北部有五彩湾油田，碳源群落分布于国家大型能源化工基地-五彩湾工业园及乌鲁木齐周边，以大型火电厂和煤化工企业为主，人口居住集中，总体密度小，其中碳源排放量按照企业生产能力估算，人口数量参照全国第六次人口普查数据。

3.3 二氧化碳地质储存地表适宜性评价

综合遥感解译获取的地质构造、地形地貌、土地覆盖、交通运输、人口分布、碳源群落等要素信息，构建层次分析模型（图3）。依据中国二氧化碳地质储存场地选址技术方法，构建判断矩阵（表4），检验矩阵一致性，计算准则层各要素的权重，确定候选方案的整体得分，判断研究区地表条件适宜程度（图2）。

经判断矩阵一致性检验得知：

矩阵一致性指标为CI=0.0489；

矩阵一致性比例为CR=0.0374＜0.1

由此确定构建的判断矩阵满足一致性检验要求，并计算最大特征向量（权重）如下：

3.4 分析与讨论

从整体计算结果来看，工区内地表条件最适宜区域为冲湖积平原和古尔班通古特沙漠接触带东北部固化沙地区，该区距离阜康断裂带约30公里，地层稳定，地貌相对平坦，扩散条件良好，地物类型以荒草地、固化沙地为主，经济价值低，靠近五彩湾工业园，且几乎人口分布，完全满足二氧化碳地面选址地表地质环境条件要求。

应用AHP方法计算筛选的地表选址靶区是对全局地质环境条件的表达，但在实际运用过程中应具体问题具体对待，针对不同碳捕集储存工程，亦可就近选取适宜性中等偏上的地区作为储存场地。

五、结语

二氧化碳地质储存选址地表适宜性评价过程需要综合各种地质环境指标要素，利用遥感技术可以快速准确地获取选址需要的地面信息，基于AHP方法的评价模型能够有效地整合地表地质环境数据进行全局评价分析，准确地选取目标靶区，提高了二氧化碳地质储存选址过程的科学性和实用性。

[1]谷丽冰,李治平,侯秀林.二氧化碳地质埋存研究进展[J].地质科技情报,2008,第27卷,第4期.

[2]李海洋,刘冬敏,张晓磊.基于AHP层次分析法的物流中心选址研究[J].中州大学学报,2012,第29卷,第2期.

[3]张洪涛,文冬光,李义连等.中国CO2地质埋存条件分析及有关建议[J].地质通报,2005,24(12):1107 -1110.

[4]郭建强,张森琦,刁玉杰等.深部咸水层CO2地质储存工程场地选址技术方法[J].吉林大学学报（地球科学版）,2011,第41卷,第4期.

[5]程天,张彩香,赵新泽.层次分析法在垃圾卫生填埋场选址中的应用[J].三峡大学学报（自然科学版）,2003,第25卷,第2期.

[6]彭李晖,王建军,尤伟静等.二氧化碳地质储存的主要环境问题及研究进展[J].水文地质工程地质, 2013,第40卷,第5期.

[7]庄锁法.基于层次分析法的综合评价模型[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2000年,第23卷,第4期.

[8]王润生,熊盛青,聂洪峰等.遥感地质勘查技术与应用研究[J].地质学报,2011,第85卷,第11期.

[9]吴俊军,游利萍,杨和山.准噶尔盆地阜康断裂带构造演化与油气成藏[J].新疆石油地质,2013年,第32卷,第1期.

[10]苏为华.多指标综合评价理论与方法问题研究[D].厦门:厦门大学,2000:13-42.