Глибина найглибшої пробуреної свердловини. Криниця в пекло: чому було припинено буріння найглибшої свердловини
У другій половині 20 століття, світ захворів на надглибоке буріння. У США готували нову програмувивчення океанського дна (Deep Sea Drilling Project) Побудоване спеціально для цього проекту судно «Гломар Челленджер» кілька років провело у водах різних океанів і морів, пробуривши у дні майже 800 свердловин, досягнувши максимальної глибини 760 м. До середини 1980-х років результати морського буріння підтвердили теорію тектоніки плит. Геологія як наука народилася наново. Тим часом Росія йшла своїм шляхом. Інтерес до проблеми, збуджений успіхами США, вилився у програму «Вивчення надр Землі та понад глибоке буріння», але не в океані, а на континенті. Незважаючи на багатовікову історію, континентальне буріння було цілком новим. Адже йшлося про недосяжні раніше глибини — понад 7 кілометрів. У 1962 році Микита Хрущов затвердив цю програму, хоча керувався він швидше політичними мотивами, ніж науковими. Йому не хотілося відстати від США.
Очолив новостворену лабораторію при Інституті бурової техніки відомий нафтовик доктор технічних наук Микола Тимофєєв. Йому було доручено довести можливість надглибокого бурінняу кристалічних породах - гранітах і гнейсах. На дослідження пішло 4 роки, і 1966 року експерти винесли вердикт — бурити можна, причому не обов'язково технікою завтрашнього дня, Достатньо того обладнання, що вже є. Головна проблема – спека на глибині. Відповідно до розрахунків, у міру впровадження в гірські породи, що складають земну кору, температура має збільшуватися через кожні 33 метри на 1 градус. Отже, на глибині 10 км слід очікувати близько 300°С, але в 15 км — майже 500°С. Такого нагріву бурильні інструменти та прилади не витримають. Треба було шукати місце, де надра не такі гарячі.
Таке місце знайшли — давній кристалічний щит Кольського півострова. Звіт, підготовлений в Інституті фізики Землі, говорив: за мільярди років свого існування Кольський щит охолонув, температура на глибині 15 км не перевищує 150°С. А геофізики підготували зразковий розріз надр Кольського півострова. За їхніми даними, перші 7 кілометрів – це гранітні товщі верхньої частини земної кори, потім починається базальтовий шар. Тоді уявлення про двошарову будову земної кори було загальноприйнятим. Але як виявилось пізніше, і фізики, і геофізики помилялися. Майданчик для бурової обрали на північному краю Кольського півострова поблизу озера Вільгіскоддеоайвін'ярві. По-фінськи це означає «Під вовчою горою», хоча ні гори, ні вовків там немає. Буріння свердловини, проектна глибина якої становила 15 кілометрів, розпочали у травні 1970 року.
Але
Тут можна послухати пекельні звуки зі свердловини.
Фільм: Кольська надглибока: останній салют
«Доктор Губерман, якого біса ви відкопали там унизу?» - репліка із зали перервала доповідь російського вченого на засіданні ЮНЕСКО в Австралії. За кілька тижнів до цього, у квітні 1995 року, світом прокотилася хвиля повідомлень про таємничу аварію на Кольській надглибокій свердловині.
Нібито на підході до 13-го кілометра прилади зафіксували дивний шум, що доносився з надр планети, - жовті газети в один голос запевняли, що так звучати можуть тільки крики грішників з пекла. Через кілька секунд після появи страшного звуку пролунав вибух.
Космос під ногами
Наприкінці 70-х – на початку 80-х влаштуватися працювати на Кольську надглибоку, як запанібратськи називають свердловину жителі селища Заполярний Мурманської області, було складніше, ніж потрапити до загону космонавтів. Із сотень претендентів обирали одного-двох. Разом із наказом про прийом на роботу щасливці отримували окрему квартиру та зарплату, що дорівнює подвійному-потрійному окладу московської професури. На свердловині одночасно працювало 16 дослідних лабораторій, кожна – розміром із середній завод. З такою завзятістю землю копали тільки німці, але, як свідчить Книга рекордів Гіннеса, найглибша німецька свердловина чи не вдвічі коротша за нашу.
Віддалені галактики вивчені людством набагато краще, ніж те, що знаходиться під земною корою за кілька кілометрів від нас. Кольська надглибока – своєрідний телескоп у загадковий внутрішній світ планети.
З початку XX століття вважалося, що Земля складається з кори, мантії та ядра. При цьому ніхто до ладу не міг сказати, де закінчується один шар і починається наступний. Вчені не знали навіть, з чого, власне, ці верстви складаються. Ще якихось 40 років тому вони були впевнені, що шар гранітів починається на глибині 50 метрів і продовжується до 3 кілометрів, а потім йдуть базальти. Зустріти мантію очікувалося на глибині 15-18 км. Насправді все виявилося зовсім інакше. І хоча в шкільних підручникахвсе ще пишуть, що Земля складається з трьох верств, вчені з Кольською надглибокою довели, що це не так.
Балтійський щит
Проекти подорожі в глиб Землі з'явилися на початку 60-х відразу в кількох країнах. Бурити свердловини намагалися в тих місцях, де кора мала бути тоншою - метою було досягнення мантії. Наприклад, американці бурили в районі острова Мауї, на Гаваях, де, за даними сейсмічних досліджень, древні породи виходять під океанське дно і мантія знаходиться приблизно на глибині 5 кілометрів під чотирикілометровою товщею води. На жаль, жодна океанська бурова глибша за 3 кілометри не пробилася.
Взагалі майже всі проекти надглибоких свердловин містичним чином закінчувалися на трикілометровій глибині. Саме в цей момент із бурами починало відбуватися щось дивне: то вони потрапляли у несподівані надгарячі області, то їх начебто відкушував якийсь небачений монстр. Глибше за 3 кілометри прорвалися всього 5 свердловин, з них 4 - радянські. І лише Кольській надглибокій судилося подолати позначку 7 кілометрів.
Початкові вітчизняні проекти також передбачали підводне буріння - у Каспійському морі чи Байкалі. Але 1963 року вчений-буровик Микола Тимофєєв переконав Державний комітетз науки і техніки СРСР у цьому, що необхідно створити свердловину на континенті. Хоча бурити доведеться незрівнянно довше, вважав він, свердловина буде набагато цінніша з наукової точкизору, адже саме в товщі континентальних плиту доісторичні часи відбувалися найбільші переміщення земних порід. Точку буріння обрали на Кольському півострові невипадково. Півострів розташований на так званому Балтійському щиті, який складений із найдавніших відомих людству порід.
Багатокілометровий зріз пластів Балтійського щита – наочна історія планети за останні 3 мільярди років.
Підкорювач глибин
Зовнішній вигляд Кольської бурової здатний розчарувати обивателя. Свердловина не нагадує шахту, яку малює нам уяву. Жодних спусків під землю, в товщу йде тільки бур діаметром трохи більше 20 сантиметрів. Уявний розріз Кольської надглибокої свердловини виглядає як тоненька голочка, що пронизала земну товщу. Бур із численними датчиками, що знаходиться на кінці голочки, піднімають і опускають протягом декількох днів. Швидше не можна: найміцніший композитний трос може обірватися під власною вагою.
Що відбувається в глибині, достеменно невідомо. Температура довкілля, шуми та інші параметри передаються вгору з хвилинним запізненням. Проте бурильники розповідають, що навіть такий контакт із підземеллям може не на жарт злякати. Звуки, що долинають знизу, і справді схожі на крики та завивання. До цього можна додати довгий список аварій, що переслідували надглибоку Кольську, коли вона досягла глибини 10 кілометрів. Двічі бур діставали оплавленим, хоча температури, яких він може розплавитися, можна порівняти з температурою поверхні Сонця. Якось трос начебто смикнули знизу - і обірвали. Згодом, коли бурили у тому самому місці, залишків троса не виявилося. Чим були викликані ці та інші аварії, досі залишається загадкою. Втім, зовсім не вони спричинили зупинення буріння надр Балтійського щита.
12 226 метрів відкриттів та трохи чортівниці
«Маємо найглибшу дірку у світі - так треба користуватися!» – гірко вигукує незмінний директор науково-виробничого центру «Кольська надглибока» Давид Губерман. У перші 30 років існування Кольської надглибокої радянські, а згодом російські вчені прорвалися на глибину 12 226 метрів. Але з 1995-го буріння припинено: не було кому фінансувати проект. Того, що виділяється в рамках наукових програм ЮНЕСКО, вистачає лише на підтримку бурової станції у робочому стані та вивчення раніше вилучених зразків порід.
Губерман із жалем згадує, скільки наукових відкриттіввідбулося на Кольській надглибокій. Буквально кожен метр був одкровенням. Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг. «До 4 кілометрів все йшло теоретично, а далі почалося кінець світу», - розповідає Губерман. Теоретики обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини щонайменше 15 кілометрів.
Відповідно, свердловину можна буде рити майже до 20 кілометрів, якраз до мантії. Але вже на 5 кілометрах навколишня температура перевалила за 70 ºC, на семи - за 120 ºC, а на глибині 12 смажило сильніше 220 ºC - на 100 ºC вище за передбачене. Кольські бурильники поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні в інтервалі до 12 262 метрів.
У школі нас навчали: є молоді породи, граніти, базальти, мантія та ядро. Але граніти виявилися на 3 кілометри нижчими, ніж розраховували. Далі мали бути базальти. Їх узагалі не знайшли. Все буріння пройшло у гранітному шарі. Це надважливе відкриття, бо з теорією пошарової будови Землі пов'язані всі наші уявлення про виникнення та розміщення корисних копалин.
Ще один сюрприз: життя на планеті Земля виникло, виявляється, на 1,5 мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибинах, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів - вік глибинних верств перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де вже немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях Це повністю і повністю зруйнувало теорію біологічного походженнявуглеводнів, таких як нафта та газ
Демони
Були й майже фантастичні сенсації. Коли наприкінці 70-х років радянська автоматична космічна станціяпривезла на Землю 124 грами місячного ґрунту, дослідники Кольського наукового центру встановили, що він як дві краплі води схожий на проби з глибини 3 кілометрів. І виникла гіпотеза: Місяць відірвався від Кольського півострова. Тепер шукають де саме.
В історії Кольської надглибокої не обійшлося і без містики. Офіційно, як уже згадувалося, свердловина зупинилася через брак коштів. Збіг чи ні - але саме того 1995 року в глибині шахти пролунав найпотужніший вибухневстановленої природи. До жителів Заполярного прорвалися журналісти фінської газети - і світ потрясла історія про демон, що вилетів з надр планети.
«Коли мене про цю загадкової історіїпочали розпитувати в ЮНЕСКО, я не знав, що відповісти. З одного боку, нісенітниця собача. З іншого – я, як чесний учений, не міг сказати, що знаю, що саме у нас сталося. Був зафіксований дуже дивний гомін, потім був вибух… Через кілька днів нічого такого на тій же глибині не виявилося», – згадує академік Давид Губерман.
Цілком несподівано для всіх підтвердилися прогнози Олексія Толстого з роману «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометрів виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота. Справжній пояс, геніально передбачений письменником. Золота у ньому 78 грамів на тонну. До речі, промисловий видобуток можливий при концентрації 34 грами на тонну. Можливо, вже в недалекому майбутньому людство зможе скористатися цим багатством.
Що заважає пробурити свердловину до центру Землі та дізнатися, що там знаходиться? Про будову космосу ми знаємо набагато більше, ніж про те, як улаштований Земну кулю. Хоча спроби поринути углиб Землі робилися неодноразово. Перші дві надглибокі свердловини пробурені в штаті Луїзіана в Північній Америці. Керівники проекту обладнали свердловину обсадними трубами метрового діаметру, що йдуть на глибину 1 км, із трьома потужними автоматичними аварійними затворами. Поруч із буровою розташували спеціальний бетонозавод, який у разі аварії подавав би швидкотвердіючий розчин в обсадну трубу. До глибини 9 км проходка йшла як завжди. Але глибше зіткнулися з внутрішнім тиском, з свердловини став виділятися сірководень. Бурильники жартували, що добурили до пекла. З глибини 9,6 км зі свердловини пішла розплавлена сірка, і прохідники почали знепритомніти. Аварійні затвори зачинились. А бетонний завод забезпечив подачу спецрозчину в о! бсадну трубу, і свердловину вдалося заглушити.
У СРСР також намагалися пробурити кілька надглибоких свердловин, але вітчизняних бурильників спіткала та сама сумна доля. Під час буріння свердловини Кумжа-9 на річці Печора в Архангельській області з глибини 7 км несподівано вдарив потужний фонтан з газу, нафти і бурового розчину. Так сильно, що бур просто «влетів» в зону аномально високого пластового тиску. Труби від бурової установки розлетілися, як макарони з каструлі. Тут же вдарив смолоскип заввишки 150 метрів. Спробували погасити смолоскип танками – невдало. Фонтан гудів, як реактивний двигун. У результаті його вдалося погасити лише за допомогою підземних ядерних вибухів. Для цього пробурили похилу свердловину у бік аварійного ствола. Підвели нею ядерний фугас і на глибині 1,5 км підірвали. Утворилася підземна камера, і зона бічного тиску перекрила стовбур свердловини.
Найглибшу свердловину – СГС-3 глибиною 12,3 км – пробурили на Кольському півострові в районі селища Нікель. Роботи проводив спеціальний інститут геофізики із загальною кількістю співробітників 5000 осіб, а на самій шахті за радянських років працювало 520 осіб. Розрахункова глибина буріння було встановлено 30 км. До 7 км буріння йшло у звичайному режимі. Сюрпризи почалися на глибині 7,5 км, температура там, де бур безпосередньо стикався з базальтом, доросла до 100 ° С, а щільність зразків, піднятих на поверхню, знизилася на 20%. Геохіміки виявили у породі різні гази– водень та гелій, а біологи – невідомі бактерії. Ці бактерії, витягнуті в кисневу атмосферу, гинули, тому їх назвали аерофобні (бояться повітря). Раптом буря заклинила намертво, тоді приступили до проходки другого ствола. На глибині 8 км температура піднялася до 120 ° С, а керни стали пористими, кількість бактерій зросла. Звичайні сталеві трубизамінили на! нові, виготовлені з високоміцної сталі, зробили бур з молібдену, зерна алмазу замінили на штучний матеріалельбор, який перевершував алмаз по вогнетривкості, міцності та твердості. Нарешті стовбур свердловини досяг глибини 12240 м. Бур знову заклинило, верстат замовк.
Небагато про характеристики бурової установки ("Уралмаш-15000"). Бурова колона нижче 2000 метрів була зібрана трубами з легких алюмінієвих сплавів (сталева просто розірвалася б від своєї ваги). Вага колони становить близько 200 тонн.
Турбобур – турбіна довжиною 46 метрів, що діє від тиску бурового розчину, обертає бурову коронку (долото).
Керноприймач - знімна труба всередині турбобура, що служить для забору зразків породи (керна).
Використовувалися звичайні бурові коронки із твердого сплаву. Одна коронка служить приблизно 4 години, цей час вдається пробурити 7-10 метрів. На спуск та підйом колони йде до 18 години. При цьому колона розбирається на секції кількох труб.
Перші 7 кілометрів складені вулканічними та осадовими породами: туфами, базальтами, брекчіями, пісковиками, доломітами. Найглибше лежить так званий розділ Конрада, після якого швидкість сейсмічних хвиль у породах різко збільшується, що раніше інтерпретувалося як межа між гранітами та базальтами. Цей розділ на Кольській свердловині давно пройдено, але базальти нижнього шару земної кори так ніде і не з'явилися. Навпаки, почалися граніти та гнейси.
Розріз Кольської свердловини спростував двошарову модель земної кори, згідно з якою під гранітоїдною корою материків повинна бути базальтова кора, в якій материки, згідно з теорією тектоніки плит, рухаються поверхнею планети. Сейсмічні розділи в надрах планети виявилися не межами верств з порід різного складу. Швидше вони вказують на зміну властивостей каменю із глибиною. Піднятий на поверхню з 12-кілометрової глибини зразок виявився не базальтом, як очікувалося з теорії, а гранітом.
Насамперед думали, що з видаленням від поверхні землі та зростанням тиску породи стають більш монолітними, кількість тріщин у них зменшується. Але свердловина показала зворотне - починаючи з 9 км, товщі виявилися дуже пористими і буквально напхані тріщинами, якими циркулювали водні розчини. На глибині температура виявилася вищою, ніж розраховували: +80°С. На позначці 7 км температура у вибої була 120°С, але в 12 км – +230°С. У зразках Кольської свердловини вчені виявили золоте орудування. Вкраплення дорогоцінного металу перебували у стародавніх породах на глибині 9,5–10,5 км (загалом 37,7 мг золота на тонну породи).
Скільки наукових відкриттів відбулося на Кольській надглибокій! Буквально кожен метр був одкровенням. Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг. До 4 кілометрів все йшло за теорією, а далі почалося кінець світу - теоретики обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини принаймні 15 кілометрів. Відповідно, свердловину можна буде рити майже до 20 кілометрів, якраз до мантії. Але вже на 5 кілометрах навколишня температура перевалила за 70°С, на семи – за 120, а на глибині 12-ти км смажило сильніше 220°С, що на 100° вище за передбачене теоретиками! Результати поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні до 12 262 метри.
У школі нас навчали: є молоді породи, граніти, базальти, мантія та ядро. Але граніти виявилися на 3 кілометри нижчими, ніж розраховували. Базальтів взагалі не знайшли. Все буріння пройшло у гранітному шарі. Адже з теорією пошарової будови Землі пов'язані всі наші уявлення про виникнення та розміщення корисних копалин. На глибинах, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів мікроорганізмів – вік глибинних верств перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях. Це повністю зруйнувало теорію біологічного походження вуглеводнів, таких як нафта та газ.
Цілком несподівано для всіх підтвердилися прогнози Олексія Толстого з роману «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометрів виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота – справжній шар олівіну, геніально передбачений письменником.
Проблеми на німецькій надглибокій свердловині на південному сході Баварії, закладеній на залишках стародавнього гірського ланцюга віком 300 млн років, почалися після досягнення глибини 7 км: наприкінці робіт забій відхилився від вертикалі на 300 м. Так само як і на Кольській, доводилося бурити нові стволи. Температура в свердловині на глибині була 270 ° С, і це змусило припинити роботи, не досягнувши заповітної мети. На граничній для буріння глибині залягали головним чином амфіболіти та гнейси – давні метаморфічні породи. Зони переходу гранітоїдної кори в гнейсову тут також не виявили.
У США продовжують глибинне буріння дна океанів у зонах вулканічної та тектонічної активності земної кори. Так, на Гавайських островах дослідники сподівалися вивчити підземне життя вулкана і наблизитися до мантійної мови – плюму, який, як вважають, породив ці острови. Свердловину біля підніжжя вулкана Мауна-Кеа планували пробурити до глибини 4,5 км, але через величезні температури здолати змогли лише 3 км. Інший проект – глибинна обсерваторія на розломі Сан-Андреасу. Буріння свердловини через цей розлом Північноамериканського континенту розпочали у червні 2004 року та пройшли 2 із 3 запланованих кілометрів. Вже зараз видобуток нафти та газу в США з глибин 6–7 км став звичайною справою. Тюменська понад глибока свердловинапоказала, що за 7 кілометрів від поверхні є перспективні для газових родовищтовщі порід.
Одне з самих дивовижних відкриттів, що зробили за допомогою буріння, – це наявність життя глибоко під землею. І хоча життя це представлене лише бактеріями, його межі простягаються до неймовірних глибин. Бактерії всюдисущі. Вони освоїли підземне царство, начебто, зовсім непридатне існування. Величезні тиски, високі температури, відсутність кисню та життєвого простору- Ніщо не змогло стати перешкодою на шляху поширення життя в надрах літосфери. За деякими підрахунками, маса мікроорганізмів, що мешкають під землею, може навіть перевищувати масу всіх живих істот, що населяють поверхню нашої планети.
Ще на початку XX століття американський вчений Едсон Бастін виявив бактерії у воді з нафтоносного горизонту із глибини кілька сотень метрів. Мікроорганізми, що мешкали там, не потребували кисню і сонячних променях, вони харчувалися органічними сполукаминафти. Бастін припустив, що ці бактерії живуть ізольовано від поверхні вже 300 млн. років – відколи утворилося нафтове родовище. Але його смілива гіпотеза залишилася тоді незатребуваною – просто не повірили в неї. Тоді вважали, що життя це лише тонка плівка на поверхні планети.
У 1980 р. департамент енергетики США шукав безпечні методи захоронення радіоактивних відходів. Для цих цілей передбачалося використовувати шахти в непроникних гірських порідах, де живуть бактерії, що харчуються радіонуклідами. 1987 року почалося глибоке буріння кількох свердловин у штаті Південна Кароліна. З півкілометрової глибини і далі вглиб відбирали зразки, дотримуючись при цьому всіляких запобіжних заходів, щоб не занести бактерії та повітря з поверхні Землі. Вивченням зразків займалися кілька незалежних лабораторій, їх результати показали, що глибоких товщах жили анаеробні бактерії, які не потребують кисню.
Бактерії виявили і в породах золоторудної шахти в Південній Африці на глибині 2,8 км, де температура становила 60°С. Вони живуть і глибоко під дном океанів за температури понад 100°. Як показала Кольська надглибока свердловина, умови для проживання мікроорганізмів є навіть на глибині понад 12 км, оскільки гірські породи на великій глибині виявилися пористими, насиченими водяними розчинами.
У надглибокій свердловині, що розкривала кратер Сільян Рінг у Швеції, мікробіологи також виявили колонії бактерій. Цікаво, що мікроорганізми мешкали у стародавніх гранітах. Хоча це були дуже щільні породи, що залягали під великим тиском, але в них по системі мікропор і тріщин циркулювали підземні, мабуть, ювенільні води. Американський геолог Томас Голд вважає, що магнетито-масляна паста на глибині 4-5 км - це не що інше, як продукт життєдіяльності бактерій, які харчуються метаном, що надходить з мантії.
Межі витривалості літосферних бактерій дивують, але схоже, що нижню межу їхнього проживання все-таки встановлює температура надр. Вони можуть розмножуватися при 110°З витримувати, хоч і короткий час, температуру 140°С. Під океанським дном температура зростає не так швидко, і Нижня границяжиття там може пролягати на глибині 7 км. Це означає, що біосфера Землі не може бути повністю знищена навіть у разі найсерйозніших катаклізмів, а на планетах, позбавлених атмосфери та гідросфери, мікроорганізми можуть існувати в надрах.
Катріна Едвардс (Katrina Edwards) зі своїми колегами виявили, що на оголених твердих породах на дні глибоководних западин в океані живе в 3-4 рази більше бактерій, ніж у водних шарах океану. Життя може існувати в холодному темному та кам'яному середовищі, вважає Сантеллі: "Однак ми не очікували знайти таку велику кількість мікробного життя на великих глибинах". Вражені присутністю величезної різноманітності мікроорганізмів, дослідники дійшли висновку, що багате мікробне життя є на всій поверхні океанського дна. Це відкриття підтверджує теорію про те, що бактерії виживають завдяки ендогенній енергії, що виходить із глибин Землі – "процес, який значно доповнить наші знання про глибинний вуглецевий цикл та розвиток життя на землі", говорить Катріна Едвардс.
На сьогодні у світі існує кілька десятків надглибоких свердловин. Ось найбільш відомі з них: Берта-Роджерс, США – 9 583 м. Бейден-Юніт, США – 9 159 м. КТВ Hauptbohrung, Німеччина – 9 100 м. Юніверсіті, США – 8 686 м. Цистердорф, Австрія – 8 553 м. Бігхорн, США, Вайомінг – 7 583 м. Сільян Рінг, Швеція – 6 800 м. Глибока за Кольську (і то зовсім ненабагато) лише свердловина в Одопту, пробурена компанією Еxxon Neftegas Limited (ENL) наприкінці 2010 - початку 2011 року. (глибина 12345 м) і свердловина, пробурена компанією Transocean для Maersk Oil в 2008 році в Катарі, в нафтовому басейні Аль-Шахін, глибиною 12289 метрів.
Надглибоке буріння дозволило зазирнути в надра і зрозуміти, як поводяться гірські породи при високих тисках та температурі. Уявлення про те, що гірські породи з глибиною стають щільнішими і пористість їх зменшується, виявилося невірним, як і думка про сухі надра. Вперше це було виявлено під час буріння Кольської надглибокої свердловини. Інші свердловини в древніх кристалічних товщах підтвердили факт, що на багатокілометровій глибині гірські породи розбиті тріщинами і пронизані численними порами, а водні розчини (науки звані надкритичними флюїдами) досить вільно рухаються під тиском у кілька сотень атмосфер. Враховуючи інформацію про стан надр, отриману в ході надглибокого буріння, проекти створення могильників радіоактивних відходів у глибоких ринвах океану нині виглядають дуже ризикованими. Відповідно до теорії тектонічних плит, у місці цих жолобів океанічна плита"підсовується" під материкову, і помі! щені в такий жолоб радіоактивні відходиу контейнерах мали б теж "підсовуватись" під материкову плиту і таким чином ховатись на значній глибині. Але виявилося, що насправді жодні плити в жолобах одна під одною не підсовуються.
Назва Moholeскладноскладне. «Hole» означає свердловину або просто дірку, а перший склад «Мо» взято з прізвища видатного хорватського геофізика Андрія Мохоровичича. Завдяки йому в науковий побут увійшло поняття поверхня Мохоровичича. Так називається таємнича підземна область, імовірно нижня межа земної кори, на якій відбувається стрибкоподібне збільшення швидкостей поздовжніх сейсмічних хвиль з 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с і поперечних - з 3,6-4, 2 до 4,4-4,7 км/с. Щільність речовини також зростає стрибком, ймовірно, з 2,9-3 до 3,1-3,5 т/м3. Метою проекту «Мохол» якраз і було досягти цієї поверхні і вперше отримати про неї наочне, а не тільки умоглядне уявлення.
Бурильна платформа CUSS I, Project Mohole
Вважали, що цього легше буде досягти, почавши буріння на дні океану, де кора значно тонша. Було обрано місце біля острова Гуадалупе з глибиною океану близько 3,5 км. Однак пробурити вдалося лише 5 пробних свердловин із заглибленням на дно до 180 метрів. Після цього проект, на жаль, довелося закрити через перевитрату коштів.
У 1973-1974 pp. у штаті Оклахома пробурили свердловину Берта Роджерс (Bertha Rogers). Призначення у неї було більш прозова - видобуток нафти, але науково-дослідницьке навантаження у проекту теж було. Берта Роджерс досягла глибини 9583 м і до певного часу вона залишалася найглибшою свердловиною у світі.
Тим часом у СРСР було запущено проект зі створення близько 30 надглибоких (понад 5 км) свердловин у різних районах країни. Здебільшого вони були нафтовидобувними, але не всі. У 1974 р. найглибша з них мала глибину 7263. Це була Кольська надглибока свердловина, яка займала особливе місцев радянській програміглибинного буріння Вона була призначена для видобутку нафти, а винятково для наукових досліджень.
Кольську надглибоку заклали у 1970 р. у північно-східній частині Балтійського щита, у місці, де на поверхню виходять найдавніші вивержені породи, мало вивчені при видобутку корисних копалин, що найчастіше ведеться в осадових товщах. До того ж і кордон Мохоровичича проходить тут неглибоко (щодо, звісно).
Замахнулися на 15 км. У завдання, поставлені перед учасниками проекту, входило на практиці підтвердити або спростувати низку теорій, виявити особливості процесів рудоутворення, визначити природу кордонів, що розділяють верстви в континентальній корі, зібрати дані про речовинний склад і фізичному станігірських порід.
Буріння розпочалося 24 травня. Діаметр вхідного отвору складав 92 см. Спочатку роботи велися серійною установкою, яку зазвичай використовують при видобутку нафти та газу. Потім її змінило обладнання, спеціально розроблене "Уралмашем" з легких, але міцних сплавів. Інакше, при підйомі з глибини, воно не витримало б власної ваги.
Бур методично пронизував стародавні граніти, вік яких перевищував 3 млрд. років. Нестачі у сюрпризах не було. Беззмінний керівник свердловини Давид Миронович Губерман розповідав в інтерв'ю «Мурманський вісник» у 2011 р.:
Ми бурили і не знали, що на нас чекає. На глибині 1700 метрів знайшли поклади, багаті на нікель. Ось вам перспективи для наших комбінатів! Копали далі. А на трьох кілометрах докопалися до Місяця! Чистий Місяць! – розповідає Давид Миронович і сміється: – У нас тоді вже був місячний ґрунт. Ми його порівняли з тим, що підняли з трьох кілометрів, за всіма фізико-механічними властивостями – один на один. Ми з товаришами жартували, що, мовляв, Місяць відколовся від Кольського півострова! Залишилося тільки знайти місце, звідки вона відірвалася.
Пізніше і зовсім почалися чудеса, які спростовують багато загальноприйнятих теорій. Вважали, що на п'ятикілометровій глибині граніт змінять базальти. На цій глибині, як і на кордоні Мохоровичича, прилади фіксували різке збільшенняшвидкість проходження сейсмічних хвиль. Цей феномен, відомий під назвою Конрада, пояснювали тим, що тут верхній гранітний шар земної кори змінюється нижнім базальтовим. Проте буріння цього не підтвердило. Позначка 5 км залишилася позаду, а установка, як і раніше, витягувала на поверхню гранітний керн (циліндричні колонки породи, призначені для наукового аналізу). Щоправда, граніт цей був дедалі більше незвичайний, спресований високим тиском, який змінив свої фізичні і акустичні властивості. Але по-справжньому суттєві метаморфози почалися лише на восьмому кілометрі, до того ж зовсім не ті, що передбачали геологи. Тепер буріння йшло не через граніти, а й не через базальти, а через гнейси – шарувату породу з дуже низькою для такої глибини щільністю. Стовбур свердловини почав обсипатися, а потім бурову колону заклинювало породою, і голівка обривалася при спробі підйому. Це не бентежило дослідників. Втрачена частина бурової колони цементувалася, буріння тривало з відхиленням бурового інструменту.
видавництво «Надра», 1984
Володимир Басович, заступник директора з науковій роботіКольської надглибокої свердловини, згадує:
У нас було своє КБ, у нас були свої програмісти, у нас був свій цех, у нас була своя кузня, термічка, що хочете. Ось виникла сьогодні необхідність, ідея – завтра вона перетворювалася на креслення. За два дні ми її самі виготовляли. Через чотири дні ми її пускали у невідомі глибини, у небачено-критичні умови експлуатації.
Фото: «Кольська надглибока» Міністерство геології СРСР,
видавництво «Надра», 1984
Здивування від побаченого зростало. Порода виявилася пористою і тріщинуватою, а порожнечі були заповнені водою, яку зовсім не очікували знайти в такій кількості на такій глибині. По ходу справи вимірювали температуру по всьому стовбуру, природну радіоактивність - гамма-випромінювання, наведену радіоактивність після імпульсного нейтронного опромінення, електричні та магнітні властивостіпорід, швидкість поширення пружних хвиль, досліджували склад газів у рідині свердловини Тут теж чекали на сюрпризи. Температура зростала набагато швидше, ніж пророкували, та й радіоактивність не хотіла поводитися як належить.
6 червня 1979 року радянські буровики побили рекорд Берта Роджерса і рушили далі. До 1984 р. глибина свердловини перевищила 12 км. На тринадцятому кілометрі аварії почали слідувати одна за одною. Як-не-як, чортова дюжина. На цьому етапі виникла кумедна міська легенда, пізніше на повному серйозно розтиражована спочатку західною, а потім і пострадянською пресою: радянські буровики пробили дах пекла, і спущена в свердловину звукозаписна апаратура зафіксувала крики грішників, які там страждають. Нібито це і спричинило припинення робіт і закриття свердловини. Але буріння довелося припинити з цілком матеріалістичної причини: технічні проблеми перевершили всі мислимі межі. Підйом порід та голівки бура з такої глибини сам по собі неймовірно складний. Додайте до цього високі температури та тиск. І неминучі перепади цих показників під час підйому поверхню. Власне, задовго до досягнення «чортової дюжини» буріння перетворилося на запекло екстремальне заняття. На прохід останніх 5 км свердловини було використано 50 км труб. Такою виявилася ступінь їхнього зносу.
У вересні 1984 р. в черговий раз обірвалася бурова колона, причому так невдало, що п'ять кілометрів труб, що відірвалися, застрягли в свердловині, міцно її заблокувавши. Буріння почали практично заново з глибини 7000 м - і до 1990 року нове відгалуження досягло глибини 12262 м, але колона знову обірвалася. Цього разу поновлення робіт визнали неможливим. Шкода, але Кольська надглибока стала унікальним науково-технічним досягненням, не те що перевершити, а навіть повторити яке не вдалося нікому досі. Адже минуло вже майже півстоліття з моменту старту! На сьогоднішній день існує парочка нафтовидобувних свердловин, які перевершують Кольську своєю довгою, але вони проходять під кутом до поверхні і далеко не так глибоко проникають у земні надра.
Буріння завершили, але це зовсім не мало означати завершення наукового проекту. Унікальний дванадцятикілометровий керн, розділений на окремі колонки та пронумерований, був розкладений у дев'ять сотень ящиків. Вони зберігаються у Ярославлі. Ретельне вивчення цього безцінного матеріалу триває, і мабуть триватиме ще довго. Найгірша справа з самою свердловиною. Ще під час робіт вона служила глибинною обсерваторією, де різних рівняхвстановлювалися прилади, які фіксували особливості поширення сейсмічних хвиль та купу інших показників. Причому все це входило в єдину систему глибинних обсерваторій, що працювали в трьох десятках інших надглибоких свердловин, що знаходяться в тисячах кілометрах один від одного. Зібрана таким чином інформація дозволяла значно просунутися у нелегкій справі передбачення землетрусів. Також обсерваторії фіксували особливості поширення хвиль від підземних ядерних вибухів. величезні відстаніта глибини. У числі іншого, це дозволило скласти глибинні карти можливих покладів корисних копалин, які потім було передано геологам-практикам.
Ми отримували дуже цікаві розрізи. Ми могли з цих розрізів серйозно судити про будову земної кори. Навіть до ста п'ятдесяти кілометрів. Це відкривало нові можливості для глобального дослідження території Радянського Союзу , - свідчить колишній міністргеології СРСР Євген Козловський.
Кольська надглибока і зараз могла б бути унікальною глибинною обсерваторією. Могла, але не слугує. Її припинили фінансувати, закрили, а наземний комплекс унікальним обладнаннямрозпиляли на металобрухт. В інтерв'ю «Мурманського вісника», що виявилося останнім, Давид Миронович Губерман говорив:
Ех, щоб її утримувати, не губити, були потрібні копійки - три мільйони, не доларів, наших, «дерев'яних», рублів. Не дали, заощадили! І отримали, що хотіли... Усі кажуть, що це коштує дорого. Знання коштують дорого. Абсолютно вірно. А чому ніхто не каже, скільки коштує незнання? Набагато більше. Ви подивіться, що в Японії діялося, коли трапилися аварії на атомних станціях… Не розумію! Ми ж коштували копійки! Буріння обходилося дешево, все обладнання було вітчизняним, жодного імпортного цвяха. Ні, законсервували, закрили, людей звільняли! Розумієте, все це нісенітниця, що немає грошей на науку! Нісенітниця, ми не просили багато. Натомість яка віддача... І зараз там можна встановити наукове обладнання, опустити на глибину датчики та проводити виміри. Безцінна інформація. За прогнозом тих самих землетрусів...
Зараз у народі гуляє іронічне тлумачення абревіатури РФ – Ресурсна Федерація. Ті, хто повторює цей недобрий жарт, здається, уявляють, що ресурси цієї самої Федерації просто лежать у чистому полі. Виходь, збирай голими рукамиі вкладай у контейнери. Але всі ці горезвісні ресурси стали доступні лише завдяки колосальній роботі, виконаній вченими та інженерами. Яка сила була втручена в геологічну розвідку, який інтелектище! І з яким бездумним марнотратством це потім пускалося псові під хвіст! Дуже хочеться вірити, що спадкоємці нарешті порозумнішали, і не розтринькують, те, що ще залишилося, зовсім бездарно. Є думка, що Кольська надглибока ще може бути відновлена хоча б як інститут для навчання фахівців із шельфового буріння. А може, й не лише. Кажуть, принаймні на 8 км у глибину стовбур свердловини і зараз цілком «живий» і придатний для геофізичних досліджень. Відновлення зруйнованого, звичайно, обійдеться недешево, але воно можливе.
Кольська надглибока свердловина – найглибша бурова свердловина у світі (з 1979 по 2008 р.) Знаходиться у Мурманській області, за 10 кілометрів на захід від міста Заполярного, на території геологічного Балтійського щита. Її глибина становить 12 262 метри. На відміну від інших надглибоких свердловин, які робилися для видобутку нафти чи геологорозвідки, СГ-3 було пробурено виключно на дослідження літосфери там, де кордон Мохоровичича. (скорочено кордон Мохо) - нижня межа земної кори, де відбувається стрибкоподібне збільшення швидкостей поздовжніх сейсмічних хвиль.
Кольська надглибока свердловина була закладена на честь 100-річчя від дня народження Леніна, 1970 року. Товщі осадових порід на той час добре вивчені при видобутку нафти. Цікавіше було бурити там, де вулканічні породи віком близько 3 млрд. років (для порівняння: вік Землі оцінюється в 4,5 млрд. років) виходять на поверхню. Для видобутку з корисними копалинами такі породи рідко бурять глибше 1—2 км. Передбачалося, що вже на глибині 5 км гранітний шар зміниться на базальтовий. У найкращі рокина Кольській надглибокій свердловині працювало 16 дослідницьких лабораторій, їх займався особисто міністр геології СРСР.
Хоча очікувалося, що буде виявлено яскраво виражену межу між гранітами та базальтами, у керні по всій глибині виявлялися лише граніти. Однак за рахунок високого тиску спресовані граніти сильно змінювали фізичні та акустичні властивості. Вийняти міцний шматок керна вдавалося тільки при дуже повільному підйомі бурового снаряда, коли «зайвий» газ, перебуваючи ще в підтиснутому до великого тиску стані, встигав з породи виходити. Густота тріщин на великій глибині, всупереч очікуванням, збільшувалася. На глибині була також вода, що заповнювала тріщини.
Цікаво, що коли в 1984 році в Москві проходив Міжнародний геологічний конгрес, на якому були представлені перші результати досліджень свердловини, то багато вчених жартома пропонували негайно закопати її, оскільки вона руйнує всі уявлення про будову земної кори. Справді, дивацтва почалися ще перших етапах проникнення. Так, наприклад, теоретики ще до початку буріння обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини. сильніше 220 градусів - на 100 градусів вище за передбачене. Кольські бурильники поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні в інтервалі до 12 262 метрів.
«Маємо найглибшу дірку у світі - так треба користуватися!» – гірко вигукує незмінний директор науково-виробничого центру «Кольська надглибока» Давид Губерман. У перші 30 років існування Кольської надглибокої радянські, а потім російські вчені прорвалися на глибину 12 262 метри. Але з 1995-го буріння припинено: не було кому фінансувати проект. Того, що виділяється в рамках наукових програм ЮНЕСКО, вистачає лише на підтримку бурової станції у робочому стані та вивчення раніше вилучених зразків порід.
Губерман із жалем згадує, скільки наукових відкриттів відбулося на Кольській надглибокій. Буквально кожен метр був одкровенням. Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг.
Ще один сюрприз: життя на планеті Земля виникло, виявляється, на 1,5 мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибинах, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів - вік глибинних верств перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях. Це повністю і зовсім зруйнувало теорію біологічного походження вуглеводнів, таких як нафта та газ. Були й майже фантастичні сенсації. Коли наприкінці 70-х років радянська автоматична космічна станція привезла на Землю 124 грами місячного ґрунту, дослідники Кольського наукового центру встановили, що як дві краплі води схожий на проби з глибини 3 кілометрів. І виникла гіпотеза: Місяць відірвався від Кольського півострова. Тепер шукають де саме. До речі, американці, які привезли з Місяця півтонни ґрунту, так нічого розумного з ним і не зробили. Помістили в герметичні контейнери та залишили для досліджень майбутнім поколінням.
Цілком несподівано для всіх підтвердилися прогнози Олексія Толстого з роману «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометрів виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота. Справжній шар олівіну, геніально передбачений письменником. Золота в ньому 78 грамів на тонну. До речі, промисловий видобуток можливий при концентрації 34 грами на тонну Але, що найдивовижніше, на ще більших глибинах, де вже немає осадових порід, було знайдено природний газметан у великих концентраціях. Це повністю і зовсім зруйнувало теорію біологічного походження вуглеводнів, таких як нафта та газ
З Кольською свердловиною були також пов'язані не лише наукові сенсації, а й таємничі легенди, більша частиназ яких виявилася під час перевірки вигадкою журналістів. Згідно з однією з них, першоджерелом інформації (1989 рік) стала американська телекомпанія Trinity Broadcasting Network, яка, у свою чергу, взяла історію з репортажу фінської газети. Начебто при бурінні свердловини, на глибині 12 тисяч метрів, мікрофони вчених записали крики та стогін.).Журналісти, навіть не подумавши про те, що просунути на подібну глибину мікрофон просто не можливо (який звукозаписний прилад зможе працювати при температурі понад двісті градусів?) написали про те, що буровики почули "голос з пекла".
Після цих публікацій Кольську надглибоку свердловину стали називати "дорогою в пекло", стверджуючи, що кожен новий пробурений кілометр приніс нещастя країні. Говорили про те, що коли буровики вели прохідку тринадцятої тисячі метрів, розпався СРСР. Ну а коли свердловину пробурили до глибини 14,5 км (чого насправді не сталося), раптом натрапили на незвичайні порожнечі. Заінтриговані цим несподіваним відкриттям, Буровики спустили туди мікрофон, здатний працювати при надзвичайно високих температурах, та інші датчики. Температура всередині нібито досягала 1,100 ° C - була жар вогненних палат, в яких, нібито, можна було почути людські крики.
Ця легенда досі кочує неосяжними просторами Інтернету, переживши саму винуватку цих пліток — Кольську свердловину. Роботу на ній припинили ще 1992 року через брак фінансування. До 2008 року вона перебувала у законсервованому стані. А за рік було прийнято остаточне рішеннявідмовитися від продовження досліджень та демонтувати весь науково-дослідний комплекс, а свердловину – "закопати". Остаточна ліквідація свердловини відбулася влітку 2011 року.
Так що, як бачите, і цього разу вченим не вдалося дістатися мантії та дослідити її. Однак це не означає, що Кольська свердловина нічого не дала науці — навпаки, вона перевернула всі їхні уявлення про будову земної кори.
ПІДСУМКИ
Завдання, поставлені у проекті надглибокого буріння, виконані. Розроблено та створено особливу апаратуру та технологію надглибокого буріння, а також для дослідження пробурених на велику глибину свердловин. Отримали інформацію, можна сказати, "з перших рук" про фізичний стан, властивості та склад гірських порід у їхньому природному заляганні та по керну до глибини 12 262 м. Відмінний подарунок батьківщині свердловина видала на малій глибині - в інтервалі 1,6-1, 8 км. Там були розкриті промислові мідно-нікелеві руди – виявлено новий рудний обрій. І дуже до речі, бо місцевому нікелевому комбінату вже не вистачає руди.
Як було зазначено вище, геологічний прогноз розрізу свердловини не виправдався. Картина, яка очікувалася на протязі перших 5 км, у свердловині розтягнулася на 7 км, а далі з'явилися зовсім несподівані породи. Прогнозованих на глибині 7 км базальтів не знайшли навіть коли опустилися до 12 км. Очікували, що кордон, що дає найбільше відображення при сейсмічному зондуванні, - це той рівень, де граніти переходять у міцніший базальтовий шар. Насправді ж виявилося, що там розташовані менш міцні та менш щільні тріщинуваті породи – архейські гнейси. Такого не припускали. І це принципово нова геолого-геофізична інформація, яка дозволяє інакше інтерпретувати дані глибинних геофізичних досліджень.
Несподіваними, принципово новими виявилися дані про процес рудоутворення в глибинних шарах земної кори. Так, на глибинах 9-12 км зустрілися високопористі тріщинуваті породи, насичені підземними сильно мінералізованими водами. Ці води - одне з джерел рудоутворення. Раніше вважали, що таке можливе лише на значно менших глибинах. Саме в цьому інтервалі у керні виявили підвищений вміст золота – до 1 г на 1 т породи (концентрація, яка вважається придатною для промислової розробки). Але чи буде колись рентабельним видобуток золота з такої глибини?
Змінилися й уявлення про тепловий режим земних надр, про глибинний розподіл температур у районах базальтових щитів На глибині понад 6 км отримано температурний градієнт 20оС на 1 км замість очікуваного (як і у верхній частині) 16оС на 1 км. Виявлено, що половина теплового потоку має радіогенне походження.
Земні надра містять так само багато загадок, як неосяжні просториВсесвіту. Саме так думають деякі вчені, і вони частково мають рацію, адже людина досі точно не знає, що саме знаходиться у нас під ногами глибоко під землею. За весь час існування земної цивілізації ми змогли заглибитись усередину планети трохи більше ніж 10 кілометрів. Цей рекорд був поставлений ще в 1990 році і протримався до 2008 року, після чого кілька разів оновлювався. У 2008 році була пробурена похила нафтова свердловина Maersk Oil BD-04A, довжиною 12290 метрів (нафтовий басейн Аль-Шахін в Катарі). У січні 2011 року на родовищі Одопту-море (проект Сахалін-1) було пробурено похилу нафтову свердловину глибиною 12345 метрів. Рекорд з глибини буріння на Наразіналежить свердловині Z-42 Чайвінського родовища, глибина якої становить 12 700 метрів.
