明老师找油-5 用QEMSCAN测量岩石的DNA

Ming170

科吉思石油技术  明治良

前言

DNA是什么？

根据科学分析，每一个人拥有400万亿个细胞（皮肤、肌肉、神经等），人体细胞除了红血球外都拥有一个由46种染色体组成的细胞核，染色体本身又由DNA染色体丝构成正是它们构成我们人体的基因。根据DNA可以断定两代人之间的亲缘关系，因为一个孩子总是分别从父亲和母亲身上接受一半基因物质的。利用DNA进行亲子鉴定，只要作十几至几十个DNA位点作检测，如果全部一样，就可以确定亲子关系，如果有3个以上的位点不同，则可排除亲子关系，可以说DNA是人体遗传的基本载体。

岩石有DNA吗？

对于我们研究的地下岩石，是否也有类似的DNA存在呢，要用什么技术才能找到它们呢，

实际上，地下岩石主要分为几部分：骨架、孔隙以及孔隙中的流体

骨架是由各种矿物组成，其中包含各种原生矿物和次生矿物，主要的矿物有石英、长石、伊利石、蒙脱石等，当然还有很多其他的矿物，这些矿物的多少、大小、形状、以及一些微量元素的含量，都在某种程度上反映了沉积这套地层的年代的很多信息，以及在漫长的演化期经历的过程，解译出这些信息，对我们理解这些岩石的分布、特点等会有极大的帮助。

解译岩石DNA的神器

QEMSCAN技术，实际上是在纳米级SEM扫描电镜QUANTA的基础上，结合最新能谱仪及QEMSCAN矿物学分析技术整合而成的一套矿物学分析系统，这套技术，可以描述1纳米以上的岩石微观形态，可以测量72种元素，可以识别3000多种矿物，不但可以很好地描述砂岩，甚至是非常规的页岩等也不在话下，是寻找岩石DNA的利器。

岩石DNA测序的一些进展

下面我们就以莓状黄铁矿为例来展示一下岩石DNA测序的一些进展

就是下图中黄色的东东啦

莓状黄铁矿： 环境与生命的示踪计

Rust (1935) 最早用法语“ framboise( 莓球)”词描述了由草莓似的微细黄铁矿颗粒组成的球状集合体. 莓状黄铁矿是由大量( 101 ~ 109 ) 粒径相同、形态一致的黄铁矿微晶聚集而成的球体或亚球体; 其平均直径通常为5um, 很少有大于50 um; 组成莓状黄铁矿的黄铁矿微晶的直径一般在0. 1~ 1um 之间

莓状黄铁矿的粒径与环境的关系

莓状黄铁矿的形成和形态对氧化还原条件很敏感, 所以经常被用作沉积过程中沉积环境的指示器, 区分上覆水柱中的静海环境( 厌氧环境) 和有氧环境状黄铁矿受环境影响很大.

根据海底生物相, 可将沉积环境分为常氧相、贫氧相和厌氧相. 莓状黄铁矿粒径大小与由古生态标准决定的水体氧水平之间有很好的相关性, 所以莓状黄铁矿的粒径分析可以为环境条件及其稳定性提供微妙的指示作用. Wilkin et al . ( 1996) 发现在静海水体中形成的莓状黄铁矿的平均直径、标准偏差和最大莓体直径比在贫氧水体中的小. 在静海条件下, 同生莓状黄铁矿直接在水柱中形成, 在从水柱中下落之前最大直径约5 um, 重要的是, 这些莓状黄铁矿在沉到盆地底部后便不再生长并且随后被埋藏, 因为它们不再靠近氧化还原界面这样, 莓状黄铁矿的粒径分布就是缺氧沉积的一个典型特征, 并能在整个地史时期被保存下来.

莓状黄铁矿中微量元素与环境的关系

莓状黄铁矿中微量元素包括两部分: 一是呈类质同象替代形式进入黄铁矿晶格的元素, 二是呈机械混入物形式存在于黄铁矿中的元素,. 莓状黄铁矿中的微量元素主要是在形成过程中所捕获的, 其含量的多少直接与形成时介质成分和物理化学条件相似，所以, 不同时期不同环境中的微量元素可能会在黄铁矿上烙下不同的印迹, 通过对不同形态和结构的黄铁矿进行高精度的微量元素分析, 可能对我们理清古环境的氧化还原状态、黄铁矿的生长期次或演化过程有帮助.。

其他示踪元素

钼Mo、银Ag、锌Zn、镍Ni、铜Cu、铬Cr、钒V、铀U 和铂族元素被注意到在缺氧盆地沉积的现代泥岩和古代页岩中相对富集. 这些元素在缺氧沉积物中通常是高度富集并对水柱中氧化还原变化很敏感. 然而, 简单地拿页岩的示踪元素含量与平均页岩成份相比来决定古氧化还原条件是有问题的. 因为异常的金属元素丰度可能来自于沉积环境中矿物的沉

积,也可能是由于富某些特殊元素的碎屑颗粒的出现. 因此, 科学家们使用了一系列金属元素的比值作为古氧化还原条件的指示剂, 在这个比值中一个元素的行为依赖氧化还原条件, 而另一个共变化的元素一般是不依赖于这种变化. 这样, 当依赖氧化还原条件的元素在沉积物中沉积时这个比值就会增加,但是并不是所有的金属元素的比值都是一样可靠

的.Jo nes and Manning( 1994) 评估了一套代表古氧化还原条件的指示剂的可靠性, 包括5 个常用的示踪元素比值: U / T h、V/ Cr、Ni/ Co、Ni/ V 和( Cu +

Mo) /Zn, 并认为最可靠的方法是U / Th、V/ Cr、Ni/

Co. 在缺氧条件下, V 被优先富集,高的V/ ( V+ Ni) ( > 6) 和V/ Cr(> 2) 比值被用来指示缺氧条件.

技术展望

1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，"生命之谜"被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。在以后的近50年里，分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现，一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景。

油气勘探已经从常规走向了非常规，致密油气和页岩气的研究需要我们在更细微的尺度做更精细的研究，随着QEMSCAN自动矿物学分析系统的出现，岩石DNA即将被破解，近两年细粒沉积学已经诞生，其他研究也正在如火如荼地开展之中，一个新的世界已经呈现在我们面前。

还等什么，不要错过这次技术革命了，想了解更多关于QEMSCAN的技术细节，请关注我们或访问我们的技术支持网站。