0 引言
目前，利用测井资料计算TOC的方法主要包括：常规测井经验模型法、数学统计法以及非常规测井法等（表1）。常规测井经验模型主要基于有机质与其他不同组分测井响应特征差异，构建TOC计算模型：①SUPERNAW等［3］认为页岩中铀含量和铀/钾值受有机质的影响，提出利用自然伽马射线能谱测井计算TOC的经验模型，但该模型对于富含磷酸盐的地层并不适用。②SCHMOKER［4］基于阿巴拉契亚盆地富有机质烃源岩和非烃源岩层段自然伽马测井曲线（GR）特征的差异，提出通过GR计算TOC的方法，但该方法不适用于发育泥质条带及眼球眼皮构造的地层。③PASSEY等［5］通过叠合声波时差（AC）和电阻率测井曲线识别含有机质烃源岩，并提出计算TOC的ΔLogR法。然而，碳酸盐矿物与有机质电阻率均较高，通过电阻率测井易将含碳酸盐矿物较高的地层误识别为烃源岩，导致TOC计算结果有误。④ZHAO［6］利用密度测井（DEN）和中子测井（CNL）曲线间的差异，构建反映黏土矿物含量的指标（I CL）。进一步，根据I CL与GR曲线叠合时的分离度，识别烃源岩层段并计算TOC。该方法在高含碳酸盐矿物层段适用性差。⑤FERTL等［7］采用多元统计构建以GR、CNL、DEN和AC的TOC计算模型，但该方法具有区域局限性。茅口组一段地层碳酸盐矿物含量高，并且发育薄层泥质条带与眼球眼皮构造，因此上述常规测井经验模型均难以用于准确计算TOC。
上述TOC测井评价方法各自均有优缺点，但在茅口组一段的TOC计算时均存在一定局限性。研究基于茅口组一段烃源岩特点，在分析传统ΔLogR法与自然伽马法的不足基础上，建立了一种计算TOC的新方法（ΔLogR—GR法），有效解决传统方法难以准确计算茅口组一段TOC的问题。
1 地质概况
四川盆地二叠系茅口组为一套海相碳酸盐岩沉积地层，主要为水体较深的开阔台地相，厚度介于150~400 m之间，平均为237 m［13］。茅口组自下而上分为4段。茅一段为外缓坡相，沉积厚度在150~180 m之间；茅二段至茅四段水体逐渐加深，由外缓坡相逐渐过渡为内缓坡相［14-15］。茅三段与茅四段上部地层受东吴运动构造抬升而被剥蚀，在盆地内部普遍缺失［16］。川东南涪陵地区茅一段富含有机质烃源岩，多为泥晶生屑灰岩，生物类型丰富［17-18］。茅一段发育眼球眼皮状构造，眼皮部分以泥质为主，眼球部分以纯灰质为主。有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主，多为腐泥型—偏腐泥混合型。热演化程度适中，镜质体反射率（R O）介于1.71%~2.18%之间，平均值为1.94%［13，19-20］。
取心结果显示，茅一段岩性由顶到底依次为：泥晶灰岩、瘤状泥晶灰岩、泥晶灰岩、灰泥灰岩、瘤状泥晶灰岩、灰泥灰岩以及瘤状泥晶灰岩（图2）。顶部x240~x270 m和中部x310~x320 m井段均为泥晶灰岩，除自然伽马测井响应差别较大外，其他测井特征响应基本一致。x240~x270 m井段GR值变化较大，均值为67 API；而x310~x320 m井段GR值相对稳定，均值为45 API。两段不同的自然伽马测井响应特征，导致常规测井经验模型难以准确计算茅口组一段顶部TOC。
2 实验方法
2.1 TOC测试
选取A井茅一段x286.15~x369.25井段的50个岩心样品开展TOC测试实验。TOC测试实验主要流程如下：首先将样品研磨200目以下，加酸去除碳酸盐等无机碳成分；其次在50 ℃的条件下烘干24 h后称重；随后对经预处理的样品粉末进行总有机碳含量分析。检测分析仪器为美国LECO公司CS-230碳硫测定仪。该仪器在装置中供给足够的氧气，维持温度在704.4 ℃，燃烧至少140 mg的粉末岩样。样品TOC实验测试数据如图3（a）所示。
A井茅一段实测样品TOC均值为0.73%，主要分布在x280~x310 m的瘤状泥晶灰岩层段以及x320~ x340 m的灰泥灰岩层段［图3（a）］。x310~x320 m井段泥晶灰岩岩心样品较少，TOC均值仅为0.4%，结合岩心录井结果，判断为非烃源岩层。
2.2 X射线衍射全岩分析测试
选取A井茅一段41块岩心开展X射线衍射全岩矿物组分分析。实验测试仪器为Rigaku公司生产的D/Max-3B型X射线衍射仪。图3（b）为样品X射线衍射全岩分析测试结果。图3（b）显示，茅一段地层岩石矿物组分较为复杂，包括方解石、白云石、石英、钾长石、斜长石、滑石、黏土矿物及黄铁矿等矿物。依据矿物组分含量高于5%的原则，将地层中岩石物理性质相近的矿物组分合并，最终确定5种主要岩石组分：方解石、白云石、石英与长石、滑石及黏土矿物。进一步，统计所有样品碳酸盐岩矿物（Car）含量，即方解石与白云石之和。 A井顶部x285.95~x317.57m层段Car含量较高，均值为86.0%。底部泥质含量增加，Car含量占比减少，均值为57.0%。
3 TOC测井评价方法
3.1 传统TOC计算方法
3.1.1 自然伽马法
TOC GR =A×GR+B
基于TOC拟合公式［图4（a）］得到式（1） 中的A、B系数分别为0.033 5、-0.951。进一步，利用该公式计算得到A井的TOC（图5）：A井茅一段顶部x240~x270 m岩性以泥晶灰岩为主，含薄层状泥灰岩（图2），有机质含量低。电阻率均值为9 915 Ω·m，中子测井值约为0%，补偿密度约为2.71 g/cm3。上述测井响应特征显示该段岩性以纯灰岩为主。受自然伽马测井曲线低分辨率限制，发育少量薄层泥灰岩层段的自然伽马测井表现为高值，导致计算的TOC偏高。x240~x270 m井段计算的TOC最大值为1.7%，均值为0.99%；TOC计算结果与该段岩性较纯，有机质含量低的特征相矛盾。x310~x320 m井段，电阻率平均为10 800 Ω·m，计算的TOC均值为0.55%，与岩心TOC测量结果相吻合。上述分析表明，茅一段顶部部分深度段TOC计算结果偏高，自然伽马法在该层段并不适用。
3.1.2 ΔLogR法
PASSEY等［5］提出基于测井曲线与有机质成熟度参数（LOM）计算TOC的ΔLogR法。该方法通过岩心数据取样校正，用以计算未取心井段TOC。TOC的计算经验公式为：
ΔLogR=Lg(R/R baseline)+0.02×(Δt-Δt baseline)
TOC与ΔLogR存在线性关系，通过确定成熟度参数（LOM），可以建立ΔLogR与TOC的关系式。PASSEY等［5］确定不同成熟度下，ΔLogR与TOC的关系：
TOC LOGR =(ΔLogR)×10(2.297- 0.168 8× LOM )
TOC LOGR =C×ΔLogR+D
ΔLogR法与TOC交会图中交会点较为分散［图4（b）］，决定系数（R 2）平方为0.6：
TOC =-2.54×ΔLog R+1.40 R2=0.60
基于TOC回归公式（5） 计算得到A井的TOC。图5 中第5道的TOC计算结果显示：采用ΔLogR法计算TOC时，x240~x270 m井段纯灰岩为主的高电阻率段被误认为烃源岩，TOC计算结果偏高，均值为2.03%，与实际不符。ΔLogR法在该段不适用。
3.2 ΔLogR—GR新方法
3.2.1 碳酸盐矿物参数(T)
T=TOC LOGR-TOC GR
表2 茅一段主要岩石组分测井响应特征Table 2 Logging response characterization of major rock components in the Mao-1 Member |
| 岩石组分名称 | 测井响应特征 | T值 | |
|---|---|---|---|
| 自然伽马/API | 电阻率/（Ω·m） | ||
| 碳酸盐矿物 | 低（基线值30） | 极高（接近30 000） | 高值 |
| 泥质 | 高（>90） | 极低（<200） | 负值 |
| 砂质 | 低（基线值30） | 低（<500） | 接近0值 |
| 滑石 | 低（基线值30） | 低（大约1 000） | 接近0值 |
| 有机质 | 高（>90） | 高（大于5 000） | 接近0值或负值 |
碳酸盐矿物组分发育处电阻率高、自然伽马低，T值呈明显高值；泥质的自然伽马高、电阻率低，T值为负值；高自然伽马、高电阻率的有机质组分T值接近0值；砂质和滑石组分电阻率均高于泥岩基线值，但由于自然伽马测井值与电阻率测井值的数量级差异，T值仍然接近0值（表2）。碳酸盐矿物含量较少层段（x308~x310 m），T值接近0或为负值；碳酸盐矿物组分较高层段（x310~x320 m），T值明显增加。为验证T值反映碳酸盐矿物组分的可靠性，基于X射线衍射实验分析确定岩石样品碳酸盐矿物含量与T拟合分析：
Car = 67.028e0.14 T R2=0.74
图5第9道显示，地层中实测碳酸盐矿物组分含量与计算结果吻合，证实T值可作为反映碳酸盐矿物组分含量的指标。
3.3.2 ΔLogR—GR法计算TOC
由于茅口组一段顶部x240~x270 m部分深度段GR值异常高，采用传统自然伽马法难以获得准确的TOC。x310~x320井段电阻率与x240~x270 m井段层段相近，使用自然伽马法计算得到的TOC与岩心样品数据吻合度较好。然而，由于该层段极高的电阻率值，ΔLogR法计算的TOC异常高，与实测TOC不同（图5）。
岩心观察结果表明，x240~x270 m与x310~ x320 m井段岩性均以泥晶灰岩为主，含薄层状泥灰岩（图2）。在碳酸盐矿物组分含量较高的x310~ x320 m层段，其电阻率值过高，导致TOC LOGR偏高。因此，叠合TOC GR与TOC LOGR曲线呈现较大差异，表现为高T值；由有机质引起的高电阻率、高自然伽马层段和泥岩导致的低电阻率、高自然伽马层段T值整体呈现低值或负值；在GR值偏高、电阻率值较大的层段，由于电阻率值与GR值不同的数量级差异，T值结果仍呈现高值。因此，基于茅一段顶部极高的电阻率，用T值对其进行分类（表3），优化自然伽马法计算得到的TOC，进而计算x240~x270 m层段TOC。图6为x310~x320 m井段T值分类下的TOC拟合结果：
当T>1.44时，TOC计算公式为：
TOC=-1.242 8 TOC LOGR 2+5.931 6TOC LOGR-5.906 7
R²=0.80
当0.8<T<1.44时，TOC计算公式为：
TOC=-1.697 5TOC LOGR 2+7.53TOC LOGR-7.887 4
R² = 0.60
当T<0.8时，TOC计算公式为：
TOC=TOC GR
4 应用实例
5 结论
（1）川东南地区茅口组一段顶部发育瘤状泥晶灰岩，含薄层泥灰岩薄互层。受自然伽马测井分辨率限制，部分深度点自然伽马高值。电阻率曲线受高含碳酸盐矿物的影响，电阻率值较高；自然伽马法受部分薄层状泥灰岩发育导致的高GR影响，ΔLogR法受高碳酸盐矿物组分引起的高电阻率影响，传统自然伽马法与ΔLogR法在川东南茅口组一段顶部层段适用性较差。
（2）叠合自然伽马法与ΔLogR法的TOC计算结果，构建反映碳酸盐矿物含量（Car）的参数T。 根据碳酸盐矿物含量的差异，对T值分类，优化自然伽马法及ΔLogR法TOC计算结果，建立ΔLogR—GR新方法。
（3） 川东南茅口组一段ΔLogR—GR新方法相比传统自然伽马法和ΔLogR法的TOC计算结果精度更高，与岩心实测和ECS的TOC结果较为吻合，误差绝对值小于0.3。ΔLogR—GR法有效解决了高含碳酸盐矿物地层传统自然伽马及ΔLogR法适应性差的问题，对川东南地区天然气勘探和烃源岩评价具有一定的指导意义。
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