Кольская сверхглубокая скважина, пожалуй, самый амбициозный научный проект ХХ века в области геологии, внесенный в Книгу рекордов Гиннеса как самое глубокой вторжение человека в земную кору. Пробуренная в Заполярье с целью изучения земной коры, она достигла глубины более 12 километров, открыв ученым всего мира уникальные данные о недрах планеты. И хотя на сегодняшний день существуют скважины большей протяженности, рекорд глубины залегания Кольской сверхглубокой до сих пор не побит.
Выбор места строительства скважины
Кольская скважина находится в Мурманской области, в 12 км к западу от города Заполярный. Она заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в области сочленения рудоносных докембрийских структур. Точку бурения выбрали не случайно. Наиболее удобным местом для бурения сверхглубоких скважин являются области земной поверхности, где толщина чехла осадочных пород минимальна, и возраст пород поверхности не менее 3 млрд лет.
Зачем стали строить скважину
Кольская сверхглубокая скважина появилась в результате серьезных научных споров. Она была построена для решения научно-исследовательских задач геологии. Прежде всего – это подтверждение теоретической модели строения нижних слоев земной коры (гранитного и базальтового), исследование границ между ними и мантией Земли. Кроме того, ученые планировали выяснить особенности проявления геологических процессов (включая процессы рудообразования) в глубинах никеленосного Печенегского комплекса и архейского кристаллического основания Балтийского щита. Также среди исследовательских целей было выяснение геологической природы сейсмических границ раздела в континентальной земной коре, получение новых данных о тепловом режиме недр, глубинных водных растворах и газах, о вещественном составе горных пород и их физическом состоянии. Еще одной задачей было усовершенствование имеющейся и создание новой техники и технологии сверхглубокого бурения и испытание новых методов и оборудования в экстремальных условиях.
Этапы бурения
Работы по бурению сверхглубокой скважины были начаты 24 мая 1970 года. Первые 7000 метров бурение проходило довольно спокойно: бур проходил через однородные прочные граниты. Однако затем буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы, ствол скважины стал осыпаться, образовывались каверны. В результате буровую колонну заклинивало породой, головка обрывалась при попытке подъема. Приходилось продолжать бурение с отклонением бурового инструмента. Такие аварии происходили неоднократно, так что бурение растянулось на несколько лет.
Первый этап бурения был завершен в 1975 году на отметке 7263 м. Тогда скважина вошла в архейские гнейсы – горные породы древнейшей геологической эры Земли (более 2,5 млрд лет). До этого проходку вели установкой «Уралмаш-4Э», которую обычно применяют при добыче нефти и газа. Однако для дальнейших работ требовалось специальное оборудование, которого не было нигде в мире, поскольку на таких глубинах еще никто не работал. Поэтому через год советские инженеры разработали принципиально новую буровую установку «Уралмаш-15000», рассчитанную на глубину 15 000 м. Технически это была абсолютная инновация, использовавшая новый метод турбинного бурения. Для этого были изготовлены специальные высокопрочные легкие буровые трубы из алюминиевого сплава, т.к. на большой глубине обычная сталь создавала риск обрыва колонны под собственным весом (более 200 тонн). Летом 1979 года глубина скважины составляла уже 9583 м, и это был мировой рекорд.
Научные открытия
Кольская сверхглубокая скважина показала, что существующие представления о строении земной коры были неверны. В частности, выяснилось, что земная кора вовсе не походит по строению на «слоеный пирог» из молодых пород, гранита, базальта, мантии и ядра. Ученые предполагали, что на глубине 5-7 км граниты, выходящие на поверхность Кольского полуострова, сменятся более плотными базальтами. Однако базальтов в керне Кольской скважины не было вообще. Вместо них на глубине были те же граниты и гнейсы, но с большим количеством трещин и низкой плотностью. Стало очевидно, что границы, обозначенные по сейсмическим данным, разделяли не слои разного состава, а породы с разными физическими свойствами. На глубине 9-12 км породы были не плотными, как ожидалось, а пористыми, трещиноватыми, заполненными водой.
Также были обнаружены неожиданно высокие температуры на глубине. По мере продвижения вглубь планеты скорость роста температуры увеличивалась. Если вблизи поверхности скорость увеличения температуры составляла 11 градусов на километр, то на глубине два километра – уже 14 градусов на километр, а еще глубже – до 24 градусов на километр. На отметке в 7000 м температура в забое была 120° С, а на 12000 м уже 230° С.
В глубинных слоях возрастом более 2,8 млрд лет обнаружили следы древних микроорганизмов. Это дало основания утверждать, что жизнь на Земле возникла на 1,5 млрд лет раньше, чем предполагалось, а также существенно расширило пределы возможной биосферы Земли. А обнаруженные на больших глубинах метан и гелий указывали на продолжающиеся геохимические процессы.
Эти и другие данные, полученные в ходе строения Кольской сверхглубокой скважины, совершили переворот в геологии, показав, что строение нашей планеры гораздо сложнее, чем предполагали теоретические модели. Они до сих пор остаются уникальным источником знаний о глубинных процессах планеты.
