
地球深处的奥秘:科学钻探的探秘之旅
自古以来,“上九天揽月,下五洋捉鳖”一直是人类的梦想。如今,随着科技的进步,人类的探索已经从“上天下海”转向“入地”之旅。地壳岩石的阻隔使得这一旅程困难重重。地球深处到底藏着什么秘密?这始终吸引着科学家们不断探寻。
为了深入了解地球内部结构和物质成分,最直接、最有效和最可靠的方法就是向地球纵深打一口科学钻探井。这样的钻探可以让人类的“视距”向地球内部延伸数千米甚至上万米,从而揭示地球深处的奥秘。科学钻探在地质学、资源能源开发利用以及环境科学等方面都有着广泛的应用。通过科学钻探,我们可以研究地球深部构造及演化、地球深部流体及其作用,还可以研究成矿理论、油气成因,开发深部热能,以及研究火山喷发机理、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史等。科学钻探被誉为了解地球内部信息的“望远镜”。
科学钻探始于20世纪60年代,分为大洋钻探和陆地钻探。如今,世界上已经有许多洋底和深浅不一的科学钻孔。例如,德国KTB深层岩芯项目,历时近15年,最终孔深达到9101米,吸引了来自世界各地的科学家在此进行地学研究,以了解地壳的结构、成分、动力学和演化过程。
德国在国际科学钻探领域发挥了重要作用,于1996年发起了国际科学钻探计划(ICDP),至今已有近20个和地区加入该计划。ICDP的成立促进了科学钻探的风险降低和成本减少,加强了装备技术和科学成果的交流和共享。该计划已经实施了多个科学钻探项目,包括湖泊、陨石撞击和生物灭绝事件、火山和地热、断层带等研究。
在我国,也有多项ICDP项目取得显著成果。例如,“大别—苏鲁”超深钻是我国首例钻探工程,是世界第三个超过5000米的科学深钻,被国际地学界誉为研究超高压变质带的宝地。青海湖环境科学钻探工程通过钻取多个地点的岩芯,查明了青海湖湖盆形成演化、气候构造变化和青海湖波动历史。
松科二井是我国的一项重大科学钻探工程,目标是通过实施“2井1孔”钻探,打穿松辽盆地白垩系,获取万米连续高分辨率的陆相地质记录。目前,该工程已经完成钻井深度7018米,成为亚洲实施的最深科学钻探井。值得一提的是,这一工程使用的是我国自主研发的万米科学钻探专用钻机“地壳一号”。
科学钻探过程中面临着许多世界级难题,其中就包括地球的“三高”问题——高温、高压、高地应力。在这样的条件下,钻机的配件和电子元件可能会受到影响,井壁岩石容易破碎,造成井壁垮塌、卡钻等井下问题。从地表到数千米深处,井斜度控制也是一个制约科学钻探的世界级难题。
