Максимальная глубина бурения земли. Легендарная кольская сверхглубокая

В далеком уже 1990 году, в южной части Германии группа ученых решили заглянуть в недра нашей планеты на стыке двух тектонических плит, столкнувшихся более 300 миллионов лет назад, когда формировался континент. Итоговой целью ученых было бурение одной из самых глубоких в мире скважин до 10 км.

Изначально предполагалось, что скважина станет своеобразным «телескопом», который даст возможность больше узнать о недрах нашей планеты и постараться узнать о ядре Земли. Процесс бурения проходил в рамках программы Continental Deep Drilling и продлился до октября 1994 года, когда из-за финансовых проблем программу пришлось свернуть.

Назвали скважину Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik, сокращенно KTB, и ко времени закрытия программы пробурена была более чем на 9км, что не добавило энтузиазма ученым. Сам процесс бурения шел не сказать, что бы легко. За 4 года ученым, инженерам и рабочим пришлось столкнуться с целым ворохом сложных ситуаций и довольно сложных задач. Так, например, буру пришлось проходить сквозь породы, нагретые до температуры около 300 градусов Цельсия, однако даже при таких условиях бурильщики все же справились, используя охлаждение скважины жидким водородом.

Впрочем, несмотря на то, что программу свернули, научные эксперименты не прекратили и проводили их вплоть до конца 1995 года и стоит отметить, проводили не зря. За это время удалось открыть новые, довольно неожиданные факты строения нашей планеты, были составлены новые карты распределения температур и получены данные о распределении сейсмического давления, которые позволили создать модели слоистой структуры верхней части поверхности Земли.

Однако самое интересное ученые приберегли напоследок. Голландский ученый Лотт Гивен, который совместно с инженерами-акустиками и учеными из Научно-исследовательского центра геофизических исследований (Германия) сделал то, о чем мечтали многие – практически в прямом смысле этого слова, он «услышал сердцебиение» Земли. Для этого ему и его команде потребовалось провести акустические измерения, с помощью которых исследовательская группа воссоздала звуки, которые мы могли бы услышать на глубине 9 километров. Впрочем, теперь услышать эти звуки можете и вы.

Несмотря на то, что КТB на данный момент считается самой глубокой скважиной в мире, существует несколько подобных скважин, которые, однако, уже запечатаны. И среди них выделяется скважина, которая за время своего существования успела обрасти легендами, это Кольская сверхглубокая скважина-колодец, более известная как «Дорога в ад». В отличие от других конкурентов КТB, Кольская скважина достигала 12,2 км в глубину и считалась самой глубокой скважиной в мире.

Ее бурение началось в 1970 году в Мурманской области (Советский Союз, ныне Российская Федерация), в 10 километров к западу от города Заполярный. За время бурения, скважина пережила несколько аварий, в результате которых рабочим приходилось бетонировать скважину и начинать бурение с гораздо меньшей глубины и под другим углом. Интересно, что именно с чередой аварий и преследующими группу неудачами связывают причину возникновения легенды о том, что скважина была пробурена до самого, что ни на есть настоящего Ада.

Как гласит текст легенды, после прохождения рубежа в 12 км, ученые, с помощью микрофонов удалось услышать звуки криков. Однако решили продолжить бурение и во время прохождения очередной отметки (14 км), вдруг наткнулись на пустоты. После того как ученые спустили микрофоны, до них донеслись крики и стоны мужчин и женщин. А спустя некоторое время, произошла авария, после которой работы по бурению решено было прекратить

И, несмотря на то, что авария действительно была, никаких криков людей ученые не слышали, да и все разговоры о демонах, не более чем вымысел – говорил Давид Миронович Губерман, один из авторов проекта, под чьим руководством проходило бурение скважины.

После очередной аварии в 1990 году, по достижению глубины в 12 262 метров, бурение завершили, а в 2008, проект забросили, а оборудование демонтировали. Спустя 2 года, в 2010, скважину законсервировали.

Отметим, что такие проекты как бурение скважин как КТВ и Кольской, являются для ученых-геологов на данный момент единственным способом и возможностью исследования недр планеты.

СССР — это страна, удивившая мир многими проектами, грандиозными как по масштабам, так и по стоимости. Один из таких проектов носил название «Кольская сверхглубокая скважина» (СГ-3) . Его реализация началась в Мурманской области, в 10 км западнее от города Заполярный.

Ученые хотели больше узнать о земных недрах, и «утереть нос» американским ученым, отказавшимся от своего проекта «Мохол» из-за нехватки средств. На вопрос о том, какая самая глубокая скважина в мире , советские геологи мечтали с гордостью ответить: наша!

О том, удалась ли столь амбициозная задумка и какая судьба ждала Кольскую скважину мы подробно расскажем в этой статье.

Еще в 50-х годах двадцатого века большая часть материала о структуре Земли была теоретической. Все изменилось в начале 60-х и в 70-е годы, когда США и Советский Союз начали новую версию «космической гонки» — гонку в центр Земли, если можно так выразиться.

Кольская сверхглубокая скважина являлась уникальным проектом, финансируемым СССР, а затем Россией в период с 1970 по 1995 годы. Ее бурили вовсе не для добычи «черного золота» или «голубого топлива», а сугубо с научно-исследовательскими целями.

• Прежде всего советских ученых интересовало, подтвердится ли предположение о строении нижних (гранитного и базальтового) слоев земной коры.
• Также они хотели найти и исследовать границы между этими слоями и мантией — одним из «двигателей», обеспечивающих постоянную эволюцию планеты.
• В тот период геологи и геофизики имели только косвенные доказательства того, что происходило в земной коре, а сверхглубокая скважина были необходима для лучшего понимания процессов, лежащих в основе геологии. Причем самым надежным путем — прямого наблюдения.

Место бурения было выбрано в северо-восточной части Балтийского щита. Там залегают малоизученные изверженные породы, возраст которых предположительно составляет три миллиарда лет. А еще на территории Кольского полуострова находится Печенгская структура, по форме напоминающая чашу. Там находятся месторождения меди и никеля. Одной из задач ученых было изучение процесса рудообразования.

Даже по сей день информация, собранная в рамках этого проекта, все еще анализируется и интерпретируется.

Особенности бурения сверхглубокой скважины

Первые четыре года, пока шла проходка до глубины 7263 метров, использовалась стандартная буровая установка под названием «Уралмаш-4Э». Но затем ее возможностей стало не хватать.

Поэтому исследователи решили использовать мощную установку «Уралмаш-15000» с 46-метровым турбобуром. Он вращался благодаря давлению бурового раствора.

Установка «Уралмаш-15000» была спроектирована так, чтобы образцы добытой породы собирались в керноприемнике — трубе, проходящей через все секции бура. На поверхность измельченная порода попадала вместе с буровым раствором. Так геологи получали самую свежую информацию о составе скважины, по мере того, как буровая установка шла все глубже вниз.

В итоге было пробурено несколько буровых скважин, которые разветвлялись из одной центральной скважины. Самая глубокая ветвь была названа СГ-3.

Как сказал один из ученых в составе Кольской ГРЭ: «Каждый раз, начиная бурить, мы находим неожиданное. Это захватывающе и тревожно одновременно».

Гранит, гранит повсюду

Первым сюрпризом, с которым столкнулись бурильщики, было отсутствие так называемого базальтового слоя на глубине около 7 км. Раньше самая актуальная геологическая информация о более глубоких частях земной коры исходила от анализа сейсмических волн. И исходя из нее ученые ожидали найти гранитный слой, а по мере углубления — базальтовый. Но, к большому удивлению, когда они двинулись глубже в недра Земли, то нашли там больше гранита, а до базальтового слоя не добрались вовсе. Все бурение шло именно в гранитном слое.

Это крайне важно, так как связано с теорией послойного строения Земли. А с ней, в свою очередь, связаны представления о том, как возникают и размещаются полезные ископаемые.

Кольская сверхглубокая скважина — источник не только ценнейших знаний, но и страшной городской легенды.

Дойдя до глубины в 14,5 тысяч метров буровики якобы обнаружили пустоты. Спустив туда аппаратуру, способную выдерживать экстремально-высокие температуры, они выяснили, что температура в пустотах достигает 1100 градусов Цельсия. А микрофон, перед тем как расплавиться, записал 17-секундное аудио, которое тут же окрестили «звуками ада». Это были вопли проклятых душ.

Первое появление этой истории зафиксировано в 1989 году, а ее первая крупномасштабная публикация состоялась в американской телесети Trinity Broadcasting Network. А она позаимствовала материал из финского христианского издания под названием Ammennusastia.

Затем история была широко перепечатана в небольших христианских изданиях, информационных бюллетенях и т. д., Но практически не получила известности со стороны главных СМИ. Некоторые евангелисты цитировали этот инцидент как доказательство существования физического ада.

• Люди, знакомые с принципами работы акустических средств исследования скважин, лишь посмеялись над этой байкой. Ведь при этом используются зонды акустического каротажа, которые ловят волновую картину отраженных упругих колебаний.
• Максимальная глубина СГ-3 — 12 262 метра . Это глубже, чем даже самая глубокая часть океана — «Бездна Челленджера» (10 994 метра).
• Наивысшая температура в ней не поднималась выше 220 C.

• И еще один немаловажный факт: вряд ли микрофон или буровое оборудование смогли бы выдержать адский жар выше тысячи градусов.

В 1992 году американская газета Weekly World News опубликовала альтернативную версию истории, которая происходила ​​на Аляске, где 13 шахтеров были убиты после того, как сатана вырвался из ада.

Если вас заинтересовала эта легенда, то на Youtube можно легко найти видео с соответствующими расследованиями. Только не относитесь к ним слишком серьезно, часть (если не все) аудио с якобы криками страдальцев в Преисподней взята из киноленты Baron Blood 1972 года.

Что нашли ученые на дне Кольской сверхглубокой скважины

• Во-первых, на глубине 9 км была обнаружена вода. Считалось, что она просто не должна существовать на этой глубине — и все же была там. Теперь мы понимаем, что даже в глубоко залегающем в земле граните могут образоваться трещины, которые заполнятся водой. Технически говоря, вода — это просто атомы гидрогена и оксигена, вытесненные огромным давлением, вызванным глубиной, и захваченные в слои породы.

• Во-вторых, исследователи сообщили об извлечении грязи, которая «кипела водородом». Такое большое количество водорода на большой глубине было совершенно неожиданным явлением.
• В-третьих, дно Кольской скважины оказалось невероятно горячим — 220 °C.
• Несомненно, самым большим сюрпризом было открытие жизни. На глубине свыше 6000 метров были обнаружены микроскопические окаменелости планктона, находящиеся там в течение трех миллиардов лет. Всего было обнаружено около 24 древних видов микроорганизмов, которые каким-то образом пережили экстремальное давление и высокие температуры под земной поверхностью. Это вызвало множество вопросов о потенциальной выживаемости форм жизни на больших глубинах. Современные исследования показали, что жизнь может существовать даже в океанической коре, но в то время обнаружение этих окаменелостей стало шоком.

Несмотря на все усилия бурильщиков и десятилетия напряженной работы Кольская сверхглубокая скважина прошла всего 0,18% пути к центру Земли. Ученые считают, что расстояние до него составляет около 6400 километров.

Заброшена, но не забыта

В настоящее время на СГ-3 нет ни персонала ни оборудования. Это один из . И лишь ржавый люк в земле напоминает о грандиозном проекте, занесенном в Книгу рекордов Гиннеса как самое глубокое вторжение человека в кору планеты.

Проект был закрыт в 1995 году из-за (как вы уже догадались) отсутствия финансирования. Еще ранее, в 1992 году были свернуты буровые работы в скважине, так как геологи столкнулись с более высокими, чем ожидалось, температурами — 220 градусов. Тепло наносит ущерб оборудованию. И, чем выше температура, тем сложнее бурить. Это похоже на попытку создать и удерживать яму в центре кастрюли с горячим супом.

К 2008 году был полностью упразднен научно-производственный центр, действующий при скважине. А все буровое и исследовательское оборудование было утилизировано.

Итоги работы

Доблестные усилия участников Кольской ГРЭ длились несколько десятилетий. Однако конечная цель — отметка в 15 тысяч метров — так и не была достигнута. Зато работа, проделанная в СССР, а затем в России, предоставила множество информации о том, что лежит прямо под земной поверхностью, и она по-прежнему остается научно полезной.

• Были разработаны и успешно апробированы уникальная аппаратура и технология сверхглубокого бурения.
• Была получена ценная информация о том, из чего состоят и какие свойства имеют горные породы на различной глубине.
• На глубине 1,6-1,8 км были найдены медно-никелевые залежи промышленного значения.
• Не была подтверждена теоретическая картина, ожидаемая на отметке 5000 метров. Никаких базальтов ни на этой, ни на более глубоких участках скважины не нашли. Зато неожиданно обнаружили не слишком прочные породы под названием гранито-гнейсы.
• В интервале от 9 до 12 тысяч метров нашли золото. Однако добывать его с такой глубины не стали — нерентабельно.

• Были внесены изменения в теории о тепловом режиме земных недр.
• Выяснилось, что происхождение 50% теплового потока связано с распадом радиоактивных веществ.

СГ-3 открыла геологам множество секретов. И заодно породила множество вопросов, которые пока что остаются без ответа. Возможно, часть из них будут даны в ходе эксплуатации других сверхглубоких скважин.

Самые глубокие скважины на Земле (таблица)

Хочу вам рассказать про знаменитую сверхглубокую скважину Кольская. Вряд ли многие знали (как и я, пока отец не рассказал) что скважина "Кольская СГ-3" является самой глубокой пробуренной скважиной в мире (до 2008 г). Еще учась в институте преподы носили из угла в угол легенды о скважине "Кольской", хотя многие наши учителя вообще не имели отношения к бурению и.т.п.

Общий обзор:

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3 ) — самая глубокая буровая скважина в мире. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории геологического Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 метра. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые делались для добычи нефти или геологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования литосферы в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.

Была также самой глубокой скважиной до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, Катар), после этого в январе 2011 эту скважину обошла также нефтяная скважина месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, также пробуренная под острым углом к поверхности земли, длиной 12 345 метров.

Скважина с точки зрения науки:

Когда в конце прошлого века было начато бурение знаменитой Кольской сверхглубокой скважины, СМИ писали о том, что в самой толще земли микрофоны ученых записали крики и стоны… Неужели там находится Преисподня? Так это или нет, но то, что увидели исследователи, коренным образом изменило традиционные представления о строении верхнего слоя Земли.

С давних пор люди пытались понять, как устроены недра нашей планеты. Однако долгое время пробурить земную твердь больше, чем на несколько сотен метров не удавалось — не было необходимого оборудования. Поэтому все представления о внутреннем строении Земли базируются в основном на теоретических расчетах, которые до сих пор не подтверждены экспериментальными данными.

По общепринятой точке зрения, Земля состоит из трех крупных слоев: ядра, мантии и земной коры. В центре находится ядро, разделенное на внутреннюю твердую область (радиусом около 1300 км) и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Считается, что данная область планеты составлена из железоникелевого сплава.

Далее находится мантия — слой, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и других металлов. Она простирается от глубин 5-70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Считается, что в мантии достаточно жарко и в некоторых ее слоях вещество пребывает в расплавленном состоянии.

Верхние слои мантии контактируют с земной корой — тем самым слоем, на котором мы, собственно говоря, и живем. Толщина этой внешней оболочки изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры — это оксиды кремния, алюминия, железа и щелочных металлов.

Считается, что в составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд лет. Океаническая же кора более молодая и тонкая — под накоплениями осадков (их возраст не превышает 100-150 миллионов лет) содержится только один слой, близкий по составу к базальтовым.

Получается, что за все время своего существования люди толком не смогли исследовать даже земную кору, а уж о том, что бы "пощупать" мантию или ядро, так об этом на протяжении долгих лет никто из ученых даже мечтать не смел. Однако в середине ХХ века необходимое для подобных исследований оборудование наконец-то было разработано, и мечта начала превращаться в реальность.

Проекты путешествия вглубь Земли появились в начале 60-х годов прошлого века сразу в нескольких странах. Бурить скважины старались в тех местах, где земная кора должна была быть потоньше, поскольку целью подобного бурения было достижение мантии, которую-то, собственно, и собирались детально исследовать.

Например, американцы бурили в районе острова Мауи, на Гавайях, где, по данным сейсмических исследований, древние породы выходят под океанское дно и мантия находится примерно на глубине пяти километров (под четырехкилометровой толщей воды). Тем не менее ни одна океанская буровая глубже 3 километров не смогла пробиться.

Вообще, почти все проекты сверхглубоких скважин мистическим образом заканчивались на трехкилометровой глубине. Именно в этот момент с бурами начинало происходить что-то странное: то они попадали в неожиданные области с высокой температурой, то их как будто откусывал какой-то таинственный подземный демон. Так что в большинстве случаев не удавалось даже изучить состав глубинных слоев земной коры, не говоря уж о мантии, изучение которой, собственно говоря, и представляло настоящую цель подобных исследований.

Начало бурения:

Кольская буровая. Жилой городок и вспомогательные цеха

И вот, в 1970 году на Кольском полуострове было начато бурение знаменитой Кольской скважины. Точку бурения выбрали в данном месте полуострова не случайно — полуостров расположен на так называемом Балтийском щите, который сложен из самых древних известных человечеству пород. Работы на этом объекте велись с 1970 по 1992 гг., за это время удалось "проколоть" земную кору на 12 262 метра.

Интересно, что когда в 1984 году в Москве проходил Международный геологический конгресс, на котором были представлены первые результаты исследований скважины, то многие ученые в шутку предлагали немедленно зарыть ее, поскольку она разрушает все представления о строении земной коры. Действительно, странности начались еще на первых этапах проникновения. Так, например, теоретики еще до начала бурения обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины, по крайней мере, 15 километров. Соответственно, скважину можно будет рыть чуть ли не до 20 километров, как раз до мантии.

Однако уже на пятикилометровой глубине окружающая температура перевалила за 700C, на семи — за 1200C, а на глубине 12-ти километров датчики зафиксировали аж 2200C — на 1000C выше предсказанного. Объяснение этому феномену ученые до сих пор так и не нашли.

Скважина также не подтвердила представления об устройстве земной коры на подобии слоеного пирога — сначала осадочные породы, потом граниты, а внизу базальты. Однако, по данным буровиков, граниты оказались на 3 километра ниже, чем рассчитывали ученые. А базальтовый слой вообще отсутствовал — последние 6 километров пробивались исключительно через гранит. Ученые считают, что кольские буровики, сами того не осознавая, сделали сверхважное для всего человечества открытие.

Кольская сверхглубокая скважина преподнесла исследователям еще один сюрприз: жизнь на планете Земля возникла, оказывается, на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предполагалось. На глубинах, где считалось, что нет органики, обнаружили 14 видов окаменевших микроорганизмов, а ведь возраст этих глубинных слоев превышал 2,8 миллиарда лет. Но, что самое удивительное, на еще больших глубинах, где уже нет осадочных пород, был найден природный газ метан в огромных концентрациях. Это полностью и совершенно разрушило теорию биологического происхождения углеводородов, таких как нефть и газ.

С Кольской скважиной были также связаны не только научные сенсации, но и таинственные легенды, большая часть из которых оказалась при проверке вымыслом журналистов. Согласно одной из них (рожденной авторами репортажей одной финской газеты), в самой толще земли, на глубине свыше 12 тысяч метров, микрофоны ученых записали крики и стоны.

Мифы или реальность:

Журналисты, даже не подумав о том, что просунуть на подобную глубину микрофон просто не возможно (какой звукозаписывающий прибор сможет работать при температуре свыше двухсот градусов?) написали про то, что буровики услышали "глас из преисподней". После этих публикаций Кольскую сверхглубокую скважину стали называть "дорогой в ад", утверждая, что каждый новый пробуренный километр принес несчастья стране.

Говорили о том, что когда буровики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР. Ну, а когда скважину пробурили до глубины 14,5 км (чего на самом деле не произошло), вдруг наткнулись на необычные пустоты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри якобы достигала 1,100 °C — был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать человеческие крики.

Эта легенда до сих пор кочует по необъятным просторам интернет а, пережив саму виновницу этих сплетен — Кольскую скважину. Работу на ней прекратили еще в 1992 году из-за недостатка финансирования. До 2008 года она находилась в законсервированном состоянии. А два года назад было принято окончательное решение отказаться от продолжения исследований и демонтировать весь научно-исследовательский комплекс, а скважину — "закопать". Окончательная ликвидация скважины произошла летом этого года.

Так что, как видите, и в этот раз ученым не удалось добраться до мантии и исследовать ее. Однако это не значит, что Кольская скважина ничего не дала науке — наоборот, она перевернула все их представления о строении земной коры. Возможно, забраться еще глубже удастся исследователям ныне действующей нефтяной скважины Maersk Oil (глубиной 12 290 метров — что на 28 метров глубже Кольской), которая находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, в Катаре.
________________________________________ ________________________________________ ________________

Материалы: Алексей Воскобойник (alex_oil), Википедия и интернет источники о Кольской скважине

В СССР любили масштаб, да побольше, и распространялось это буквально на все. Вот и была в Союзе вырыта одна скважина, которая и сегодня носит титул глубочайшей на земле. Примечательно, что скважину пробурили не для добычи нефти или геолого-разведочных работ, а чисто для научных исследований.

Наконечники, которыми бурили скважину.

Кольская сверхглубокая скважина, или СГ-3, - самая глубокая скважина в земле, сделанная человеком. Находится в Мурманской области в 10 километрах от города Заполярный, в западном направлении. Глубина дыры - 12 262 метра. Ее диаметр в верхней части составляет 92 сантиметра. В нижней - 21,5 сантиметра. Важной особенностью СГ-3 является то, что, в отличие от любых других скважин для добычи нефти или геологических работ, эта бурилась исключительно для научных целей.

Заложена скважина была в 1970 году, к 100-летию со дня рождения Владимира Ленина. Выбранное место примечательно тем, что скважина бурилась в выходящих на поверхность вулканических породах возрастом более 3 миллиардов лет. К слову, возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет. При добыче полезных ископаемых скважины редко бурят глубже двух тысяч метров.

Работа шла сутками напролет.

Бурить начали 24 мая 1970 года. До отметки в 7 тысяч метров бурение шло легко и спокойно, однако после попадания головки в менее плотные породы начались проблемы. Процесс существенно замедлился. Только 6 июня 1979 года был поставлен новый рекорд - 9583 метра. Ранее он был установлен в США добытчиками нефти. Отметка в 12 066 метров была пройдена в 1983 году. Результат был достигнут к Международному геологическому конгрессу, который проходил в Москве. Впоследствии на комплексе произошло две аварии.

Сейчас комплекс выглядит так.

В 1997 году в СМИ растиражировали сразу несколько легенд о том, что Кольская сверхглубокая скважина и есть настоящая дорога в ад. В одной из таких легенд говорилось о том, что, когда команда опустила на глубину в несколько тысяч метров микрофон, там слышались человеческие вопли, стоны и крики.

Конечно, ничего подобного не было. Хотя бы потому, что для записи звука в скважине на такой глубине используется специальное оборудование - но и оно ничего не зафиксировало. На комплексе действительно произошло несколько аварий, в том числе случился подземный взрыв во время бурения, однако никаких подземных «демонов» геологи точно не потревожили.

Сама скважина законсервирована.

Действительно важно то, что на СГ-3 работало 16 исследовательских лабораторий. Во времена Советского Союза отечественные геологи смогли сделать множество ценных открытий и лучше понять, как устроена наша планета. Работа на объекте позволила значительно улучшить технологию бурения. Ученые также смогли разобраться в местных геологических процессах, получили исчерпывающие данные о тепловом режиме недр, подземных газах и глубинных водах.

К сожалению, сегодня Кольская сверхглубокая скважина закрыта. Здание комплекса ветшает с тех пор, как в 2008 году здесь была закрыта последняя лаборатория, а все оборудование демонтировано. Причина проста - нехватка финансирования. В 2010 году скважина уже была законсервирована. Сейчас она медленно, но верно разрушается под влиянием естественных процессов.

Сегодня научные изыскания человечества добрались до рубежей Солнечной системы: мы высаживали космические аппараты на планеты, их спутники, астероиды, кометы, отправили миссии к поясу Койпера и пересекли границу гелиопаузы. С помощью телескопов мы видим события, происходившие 13 миллиардов лет назад - когда Вселенной исполнилось всего несколько сотен миллионов лет. На фоне этого интересно оценить, насколько хорошо мы знаем нашу Землю. Лучший способ узнать ее внутреннее строение - пробурить скважину: чем глубже, тем лучше. Самая глубокая скважина на Земле - Кольская сверхглубокая, или СГ-3. В 1990 году ее глубина достигла 12 километров 262 метров. Если сравнить эту цифру с радиусом нашей планеты, то окажется, что это всего 0,2 процента пути до центра Земли. Но даже этого оказалось достаточно, чтобы перевернуть представления о строении земной коры.

Если вы представляете себе скважину как шахту, по которой можно спускаться на лифте в самые недра земли или хотя бы на пару километров, то это совсем не так. Диаметр бурового инструмента, с помощью которого инженеры создавали скважину, составлял всего 21,4 сантиметра. Верхний двухкилометровый отрезок скважины немного шире - его расширяли до 39,4 сантиметра, но все равно человеку туда никак не попасть. Чтобы представить себе пропорции скважины, лучшей аналогией будет 57-метровая швейная игла с диаметром в 1 миллиметр, немного утолщенная с одного конца.

Схема скважины

Но и это представление будет упрощенным. За время бурения на скважине происходило несколько аварий - часть буровой колонны при этом оказывалась под землей без возможности ее извлечь. Поэтому несколько раз скважину начинали проходить заново, с отметок в семь и девять километров. Есть четыре крупных ответвления и около десятка мелких. У основных ответвлений разная предельная глубина: два из них пересекают отметку в 12 километров, еще два не доходят до нее всего на 200-400 метров. Заметим, что глубина Марианской впадины на километр меньше - 10 994 метра относительно уровня моря.

Горизонтальная (слева) и вертикальная проекции траекторий СГ-3

Ю.Н. Яковлев et al. / Вестник Кольского научного центра РАН, 2014

Более того, было бы ошибкой воспринимать скважину как отвесную линию. Из-за того что на разных глубинах породы обладают разными механическими свойствами, бур в ходе работы отклонялся к менее плотным областям. Поэтому в большом масштабе профиль Кольской сверхглубокой выглядит как немного изогнутая проволока с несколькими ответвлениями.

Подойдя к скважине сегодня, мы увидим лишь верхнюю часть - металлический люк, привинченный к устью двенадцатью массивными болтами. Надпись на нем сделана с ошибкой, правильная глубина - 12 262 метра.

Как бурили сверхглубокую скважину?

Для начала необходимо отметить, что СГ-3 изначально задумывалась именно для научных целей. Исследователи выбрали для бурения место, где на поверхность земли выходили древние породы - возрастом до трех миллиардов лет. Один из аргументов при разведке состоял в том, что молодые осадочные породы были хорошо изучены при добыче нефти, а глубоко в древние слои никто еще не бурил. Кроме того, здесь находились и крупные медно-никелевые месторождения, разведка которых была бы полезным дополнением к научной миссии скважины.

Бурение началось в 1970 году. Первая часть скважины была пробурена серийной установкой «Уралмаш-4Э» - ее обычно использовали для бурения нефтяных скважин. Модификация установки позволила достичь глубины 7 километров 263 метра. На это ушло четыре года. Затем установку сменили на «Уралмаш-15000», названную так в честь запланированной глубины скважины - 15 километров. Новая буровая была разработана специально для Кольской сверхглубокой: бурение на таких больших глубинах требовало серьезной доработки техники и материалов. К примеру, один только вес буровой колонны при 15-километровой глубине достигал 200 тонн. Сама установка могла поднимать груз вплоть до 400 тонн.

Буровая колонна состоит из труб, соединенных между собой. С ее помощью инженеры опускают на дно скважины инструмент для бурения, и она же обеспечивает его работу. На конце колонны устанавливали специальные 46-метровые турбобуры, приводимые в движение потоком воды с поверхности. Они позволяли вращать дробящий породу инструмент отдельно от всей колонны.

Коронки, с помощью которых буровая колонна вгрызалась в гранит, вызывают ассоциации с футуристическими деталями от робота - несколько вращающихся шипастых дисков, соединенных с турбиной сверху. Одной такой коронки хватало всего на четыре часа работы - это примерно соответствует проходу на 7-10 метров, после чего всю буровую колонну нужно поднимать, разбирать и затем опускать заново. Постоянные спуски и подъемы сами по себе занимали до 8 часов.

Даже трубы для колонны в Кольской сверхглубокой пришлось использовать необычные. На глубине постепенно растут температура и давление, и, как рассказывают инженеры, при температурах свыше 150-160 градусов сталь серийных труб размягчается и хуже держит многотонные нагрузки - из-за этого возрастает вероятность опасных деформаций и обрыва колонны. Поэтому разработчики выбрали более легкие и термостойкие алюминиевые сплавы. Каждая из труб имела длину около 33 метров и диаметр около 20 сантиметров - немного уже самой скважины.

Однако даже специально разработанные материалы не выдерживали условий бурения. После первого семикилометрового отрезка на дальнейшее бурение до отметки 12 000 метров ушло почти десять лет и более 50 километров труб. Инженеры столкнулись с тем, что ниже семи километров породы стали менее плотными и трещиноватыми - вязкими для бура. Кроме того, ствол самой скважины исказил форму и стал эллиптичным. В результате несколько раз колонна обрывалась, и, не имея возможности поднять ее обратно, инженеры вынуждены были бетонировать ответвление скважины и проходить ствол заново, теряя годы работы.

Одна из таких крупных аварий заставила буровиков в 1984 году забетонировать ответвление скважины, достигшее глубины 12 066 метров. Бурение пришлось начать заново с 7-километровой отметки. Этому предшествовала пауза в работе со скважиной - в тот момент существование СГ-3 рассекретили, а в Москве прошел международный геологический конгресс Геоэкспо, делегаты которого посетили объект.

Как рассказывают очевидцы аварии, после возобновления работ колонна пробурила скважину еще на девять метров вниз. После четырех часов бурения рабочие приготовились поднимать колонну обратно, но она «не пошла». Буровики решили, что труба где-то «прилипла» к стенкам скважины, и увеличили мощность на подъем. Нагрузка резко уменьшилась. Постепенно разбирая колонну на 33-метровые свечки, рабочие добрались до очередного отрезка, заканчивающегося неровным нижним краем: турбобур и еще пять километров труб остались в скважине, поднять их не удалось.

Вновь достигнуть 12-километровой отметки буровикам удалось лишь к 1990 году, тогда же был установлен и рекорд погружения - 12 262 метра. Затем произошла новая авария, а с 1994 года работы на скважине были остановлены.

Научная миссия сверхглубокой

Картина сейсмических испытаний на СГ-3

«Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР, издательство «Недра», 1984

Скважину исследовали целым набором геологических и геофизических методов, начиная от сбора керна (столбика пород, соответствующих заданным глубинам) и заканчивая радиационными и сейсмологическими измерениями. К примеру, керн забирали с помощью керноприемников со специальными бурами - они похожи на трубы с зазубренными краями. В центре этих труб 6-7 сантиметровые отверстия, куда попадает порода.

Но даже с этой, казалось бы, простой (за исключением потребности поднимать этот керн с многокилометровой глубины) методикой возникали сложности. Из-за бурового раствора, - того самого, что приводил в движение бур, - керн напитывался жидкостью и изменял свои свойства. Кроме того, условия в глубине и на поверхности земли сильно различаются - образцы растрескивались от перепада давления.

На разных глубинах выход керна сильно отличался. Если на пяти километрах со 100-метрового отрезка можно было рассчитывать на 30 сантиметров керна, то при глубинах свыше девяти километров вместо столбика пород геологи получали набор шайб из плотной породы.

Микрофотография пород, поднятых с глубины 8028 метра

«Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР, издательство «Недра», 1984

Исследования материала, поднятого из скважины, позволили сделать несколько важных выводов. Во-первых, строение земной коры нельзя упрощать до композиции из нескольких слоев. На это раньше указывали сейсмологические данные - геофизики видели волны, которые казались отраженными от гладкой границы. Исследования на СГ-3 показали, что такая видимость может возникнуть и при сложном распределении пород.

Это предположение сказалось на проектировании скважины - ученые ожидали, что на глубине семи километров ствол войдет в базальтовые породы, однако они не встретились и на 12-километровой отметке. Зато вместо базальта геологи обнаружили породы, обладавшие большим количеством трещин и низкой плотностью, чего совсем нельзя было ожидать от многокилометровой глубины. Больше того, в трещинах нашлись следы подземных вод - высказывались даже предположения, что они образованы прямой реакцией кислорода и водорода в толще Земли.

Среди научных результатов нашлись и прикладные - так, на небольших глубинах геологи нашли горизонт медно-никелевых руд, пригодных к добыче. А на глубине 9,5 километра обнаружился слой геохимической аномалии золота - в породе присутствовали микрометровые зерна самородного золота. Концентрации доходили до грамма на тонну породы. Впрочем, вряд ли добыча с такой глубины будет когда-нибудь рентабельна. Но само существование и свойства золотоносного слоя позволили уточнить модели эволюции минералов - петрогенеза.

Отдельно следует рассказать об исследованиях температурных градиентов и радиации. Для такого рода экспериментов используются внутрискважинные приборы, опускаемые на проводах-тросах. Большой проблемой было обеспечить их синхронность с наземным оборудованием, а также обеспечить работу на больших глубинах. К примеру, трудности возникали с тем, что тросы при длине в 12 километров растягивались примерно на 20 метров, что могло сильно снизить точность данных. Чтобы этого избежать, геофизикам пришлось создавать новые методы маркировки расстояний.

Большинство серийных приборов не было рассчитано на работу в суровых условиях нижних ярусов скважины. Поэтому для исследований на больших глубинах ученые применяли оборудование, разработанное специально для Кольской сверхглубокой.

Важнейший результат геотермических исследований - гораздо более высокие температурные градиенты, нежели ожидалось увидеть. Вблизи поверхности скорость роста температуры составляла 11 градусов на километр, до глубины двух километров - 14 градусов на километр. В интервале от 2,2 до 7,5 километра температура росла со скоростью, приближающейся к 24 градусам на километр, хотя существующие модели предсказывали величину в полтора раза меньшую. В результате уже на пятикилометровой глубине приборы фиксировали температуру в 70 градусов Цельсия, а к 12 километрам это значение достигло 220 градусов Цельсия.

Кольская сверхглубокая оказалась непохожей на другие скважины - к примеру, при анализе тепловыделения пород Украинского кристаллического щита и батолитов Сьерра-Невады геологи показали, что с глубиной тепловыделение падает. В СГ-3 оно наоборот росло. Более того, измерения показали, что основным источником тепла, обеспечивающим 45-55 процентов теплового потока, является распад радиоактивных элементов.

Несмотря на то что глубина залегания скважины кажется колоссальной, она не доходит и до трети толщины земной коры в Балтийском щите. Геологи оценивают, что подошва земной коры в этой области проходит примерно в 40 километрах под землей. Поэтому даже если бы СГ-3 достигла запланированной 15-километровой отсечки, до мантии мы бы все равно не добрались.

Такую амбициозную задачу ставили перед собой американские ученые, разрабатывая проект «Мохол». Геологи планировали достигнуть границы Мохоровичича - подземной области, где наблюдается резкая смена скорости распространения звуковых волн. Считается, что она связана с границей между корой и мантией. Стоит отметить, что буровики выбрали в качестве места для скважины дно океана вблизи острова Гуадалупе - расстояние до границы составляло всего несколько километров. Однако глубина самого океана достигала здесь 3,5 километра, что существенно осложняло буровые работы. Первые испытания в 1960-х годах позволили геологам пробурить скважины лишь на 183 метра.

Недавно стало известно о планах воскресить проект глубокого океанического бурения с помощью исследовательского бурового судна JOIDES Resolution. В качестве новой цели геологи выбрали точку в Индийском океане, неподалеку от Африки. Глубина залегания границы Мохоровичича там составляет лишь около 2,5 километра. В декабре 2015-го - январе 2016 года геологам удалось пробурить скважину глубиной в 789 метров - пятую по величине в мире из подводных скважин. Но эта величина - лишь половина от требовавшейся на первом этапе. Впрочем, команда планирует вернуться и завершить начатое.

***

0,2 процента длины пути к центру Земли - не такая уж впечатляющая величина по сравнению с масштабами космических путешествий. Однако следует учитывать, что и граница Солнечной системы не проходит по орбите Нептуна (или даже поясу Койпера). Гравитация Солнца преобладает над звездной вплоть до расстояний в два световых года от светила. Так что если аккуратно все посчитать, то окажется, что и «Вояджер-2» пролетел лишь десятую долю процента длины пути до окраин нашей системы.

Поэтому не стоит расстраиваться тем, как плохо мы знаем «внутренности» собственной планеты. У геологов есть свои телескопы - сейсмические исследования - и свои амбициозные планы по покорению недр. И если астрономы уже успели прикоснуться к солидной части небесных тел в Солнечной системе, то у геологов все самое интересное еще впереди.

Владимир Королёв