6月初，我國科研領(lǐng)域又爆出個(gè)大突破：由吉林大學(xué)主要承擔(dān)研發(fā)的“地殼一號(hào)”萬米鉆機(jī)正式宣布完成“首秀”，完鉆井深7018米，創(chuàng)造了亞洲國家大陸科學(xué)鉆井新紀(jì)錄！

    在這一項(xiàng)目中有一個(gè)我們很多人都熟悉的名字：黃大年，沒錯(cuò)！就是那個(gè)“他的回國，讓某國當(dāng)年的航母演習(xí)整個(gè)艦隊(duì)后退100海里”的黃大年。參與“深部探測技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)”是黃大年回國后的第一項(xiàng)重要任務(wù)——擔(dān)任專項(xiàng)第9項(xiàng)目“深部探測關(guān)鍵儀器裝備研制與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”負(fù)責(zé)人。“深部大陸科學(xué)鉆探裝備研制”課題是該項(xiàng)目的第五課題，由吉林大學(xué)副校長孫友宏任課題負(fù)責(zé)人，主要任務(wù)就是研制“地殼一號(hào)”萬米鉆機(jī)。

    這一我們并不熟悉的突破，并沒有引起太多的關(guān)注。但是，科學(xué)鉆探其實(shí)是探索地球深部內(nèi)容和開發(fā)地下資源唯一最直接的技術(shù)手段，深部大陸科學(xué)鉆探裝備是打開地球奧秘之門的鑰匙。

    目前人類對于宇宙空間的探索是飛速發(fā)展，但是對于地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解卻很少，如果要親眼見見地球內(nèi)部，我們只能借助于鉆井技術(shù)，那么世界上最深的鉆井有多深呢？有沒有打穿地殼呢？地下高溫影響和廢棄物是怎么處理的呢？

    其實(shí)，世界上最深鉆井記錄也只有12公里左右，在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，位于挪威臨近的科拉半島上由蘇聯(lián)人創(chuàng)造的科拉超深鉆孔是世界最深的鉆井，深度為12262米，上部直徑92cm，下部直徑21.5cm。這個(gè)記錄在2008年和2011年被在卡塔爾的阿肖辛油井（12,289米）和俄羅斯在庫頁島的Odoptu OP-11油井（12,345米）兩次打破，現(xiàn)時(shí)排名世界第三。

    因此，12公里的深度，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層。還遠(yuǎn)未達(dá)到，探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的程度，我們上學(xué)時(shí)對于地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，是根據(jù)地震波的探測將地球內(nèi)部劃分為地殼、地幔和地核，但是對于地球的內(nèi)部我們幾乎沒有真正親眼見過。

    從理論上說，鉆超深洞的過程非常簡單，就是將這樣的一臺(tái)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)安裝在一條鉆桿的底部就可以了。當(dāng)它鉆到此洞底時(shí)，威力強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)鉆破洞底，這樣此洞就會(huì)不斷加深。液體不斷從此洞中旋轉(zhuǎn)著進(jìn)進(jìn)出出，以冷卻鉆頭并維持此鉆洞的穩(wěn)定性。當(dāng)鉆頭磨壞后，工人就會(huì)另換一個(gè)。

    鉆地所用的鉆頭

    雖然鉆洞的基本原理眾所周知，但是鉆一個(gè)超深洞卻是一項(xiàng)非常困難的工作。在鉆到地表下如此深的地方時(shí)，期間前蘇聯(lián)就遇到了一系列技術(shù)問題。包括高溫、壓力和固井困難的問題。好不容易攻克了12000米的極限，卻發(fā)現(xiàn)繼續(xù)向下鉆的代價(jià)卻是巨大的，因?yàn)樽詈蟮?62米，足足鉆了十個(gè)年頭。

    我們都知道越靠近地球內(nèi)部，地下溫度會(huì)越高，而且呈現(xiàn)每向下鉆探100米，溫度升高3℃的規(guī)律，地下7千米的地方溫度就高達(dá)210℃，此時(shí)的牙輪鉆頭的冷卻問題就變的十分嚴(yán)峻了，除了采用耐高溫的超級(jí)合金之外，鉆井液也能起到一定的作用。

    其實(shí)，對于鉆井作業(yè)來說，鉆頭是至關(guān)重要的，下面這個(gè)視頻石油天然氣鉆井時(shí)所用的鉆頭介紹，據(jù)說是世界上硬度最高的鉆頭，一顆價(jià)值超40000美元！

    有了耐用的鉆頭，還要匹配又輕又結(jié)實(shí)的鉆桿才繼續(xù)深鉆，雖然鋼制鉆桿堅(jiān)固，但是通過螺栓連接起來一旦超過10000米，就會(huì)變得和面條一樣柔軟，而且還有好幾百噸的自重，這在工程和材料學(xué)上又是阻礙超深鉆探發(fā)展的原因。

    深度繼續(xù)不斷下降，地殼對于鉆孔的壓力就變得十分巨大，如果沒有十分可靠的固井措施，鉆桿一旦離開鉆井更換牙輪，剛剛鉆好的探井就會(huì)塌方，而且地下的情況往往無法預(yù)測，時(shí)刻面臨著壓力的不均衡，為了防止井壁松軟和地層坍塌，在下鉆的同時(shí)必須下入套管和封井器來起到固定作用。

    當(dāng)鉆探深度達(dá)到9500米時(shí)，鉆頭鉆進(jìn)了一個(gè)含有黃金和鉆石的地層。取出的巖芯經(jīng)分析表明，金含量居然高達(dá)80克/噸。

    要知道金含量達(dá)到4克/噸的金礦層就具有商業(yè)開采價(jià)值，地球表層中很少能找到金含量超過10克/噸的礦層，相比之下這里幾乎是金子的寶藏。但是以目前的技術(shù)手段來說，想要開采它們那幾乎是不可能的。

    相比于蘇聯(lián)的“不慫就是干”的暴力美學(xué)，美國人的想法聽起來就要好多了，他們在海底進(jìn)行鉆探工作，因?yàn)椋貧げ⒉皇瞧骄植荚诘厍虮砻嫔系模热绲貧ぴ陉懙厣掀骄穸葹?0公里，到了海底就變成了5～10公里，如果美國人能在海底能打出科拉深鉆，那就算是把地殼打穿了。

    想要在海上進(jìn)行鉆探活動(dòng)必須要具有兩個(gè)條件，第一是要把鉆井及其附屬設(shè)備支托在海面上，第二是要在鉆機(jī)和海底口之間形成一個(gè)引入鉆頭和導(dǎo)出沖洗液的孔道，有了這兩個(gè)條件之后，就可以像陸地鉆井那樣工作了。可惜的是美國的“莫霍面鉆探計(jì)劃”由于實(shí)施該計(jì)劃技術(shù)難度大且費(fèi)用高昂，1966年8月美國國會(huì)撤銷此項(xiàng)計(jì)劃。

    目前為止，依然把鉆井及其附屬設(shè)備支托在海面上的叫做“海上鉆井裝置”，安裝鉆井及附屬設(shè)備，并提供工作場地的上部結(jié)構(gòu)叫“平臺(tái)”，平臺(tái)有兩層或者更多的支撐面，像船艙那樣的結(jié)構(gòu)。一般有五種形式，分別是固定式、整體升降式、樁腳上升式、半潛式和船式。除了固定式以外，其余的四種結(jié)構(gòu)都可以在牽引作用下到其他地方鉆探。

    不論哪種方式，人類向地心探索，是繼宇宙探索外的另一項(xiàng)偉大成就，雖然記錄不過12公里，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層。但就是這薄薄得一層里，記錄著早期地球歷史、氣候與生物圈的范圍、隕石沖擊與群集滅絕、礦床成因、火山系統(tǒng)、盆地演化與油氣成因、地震機(jī)制。對其深入研究對人類發(fā)展的意義是不言而喻的。

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