一直往地下鑽鑽鑽,到底能鑽出什麼?他們給出了答案
撰文/王穩石
(中國地質調查局、松科二井項目負責人)
人類的地球大冒險可分為三個維度,上天、下海、入地。從目前的情況看,入地也許是最為困難的一個維度。為什麼這麼說呢?因為地球本身具有極為堅硬的地殼,再加上複雜無比的地質結構,讓科學探險變得十分困難。
從古至今,人們對地底世界充滿了探索欲和好奇心,那個未知的世界,是否真的像儒勒·凡爾納《地心遊記》所描述的模樣——藏著波濤洶湧的大海和巨大的蘑菇林,上古猿人在放牧一群乳齒象,再往深處是攝人心魄的岩漿崩裂……
今天我們就藉助一架深入地下的「望遠鏡」——松科二井,看看地下的世界藏著多少秘密。
松科二井
一直往下鑽,我們會遇到什麼?
我們知道,地球的外層是地殼,向內分別為地幔和地核,它們就像雞蛋的蛋殼、蛋清和蛋黃。高山、高原地區的地殼厚,像中國青藏高原的地殼厚度可達65千米以上;平原、盆地的地殼相對薄,像松遼盆地地殼較薄,才有了科研鑽井的可能。
如果鑽頭一直向深入,到底會鑽出啥?我們可能會遇到以下的物質:地下水、煤層、天然氣、油藏、鹽丘、高溫水、放射性金屬,還有上億年的微生物遺迹。
如果我們取一個正常值(不快也不慢),1厘米的岩心記錄著至少100年的沉積物歷史,意味著1米的岩心就能見證1萬年的沉積物歷史。而松科二井這次取得的岩心,約有4000多米。通過鑽探取回的岩心樣本,可是科學家手中的無價之寶。
本次松科二井通過岩心獲取了完整白堊紀地層記錄,通過分析研究岩石的成分、地殼的結構,推斷地殼的演化過程、研究生物的演化和滅絕的歷史,也許關於白堊紀恐龍滅絕之謎將從此揭開。
這就是取心神器本尊啦
來一趟地心大冒險?
看過科幻電影《地心遊記》的同學一定會幻想,科學工作者將來也許能像黎登布洛克教授一樣去往地心冒險。但是就目前來說,想要讓人進入地心,困難非常多。
假如想從松科二井的洞里進入地心旅行,這是可能的嗎?松科二井的直徑長度是300毫米,大小相當於一個水果籃,人是不可能鑽進去的。那麼問題來了,為什麼科學鑽井的洞特別小,連容一個人鑽進去的空間都沒有?
首先,岩石是最大的問題,岩石的特點是越鑽越硬,而且想打出一條垂直的通路非常困難,因為地下的岩石分布不是均衡的,每一層的沉積物不同,密度不同,有時是液體、氣體、固體混合,壓力也隨時發生變化。
其次,根據能量守恆定律,要取出多大體積的岩石,就需要相應的能量。而相對於地底的無窮能量,地上的設備就必須要保證足夠龐大,能夠提供異常巨大且持續的能量。
除此之外,地下還存在著諸多的風險。比如高溫,松科二井完鑽時7000米的溫度是240℃,這是人類無法承受的溫度,必須穿戴隔溫設備;比如高壓,7000米的井內有1000個大氣壓的壓力,人體也是無法承受的。另外,地下的放射性金屬元素會對人體造成傷害。
假如我們用耐高溫、耐高壓、防水材料做成了作業服,同時佩戴內部循環裝置等,是否就可以潛入地下呢?目前看來,答案是否定的。因為最危險的並不是前面幾個提到的原因,而是進入地下深處後,地層結構複雜,隨時都會發生垮塌。
松科二井鑽探現場,冬季地下湧出的熱氣
被刷新的世界紀錄
垮塌問題是科學鑽井中最令人頭疼的問題。在擠壓的岩石中鑽孔,每時每刻都存在巨大的壓力和垮塌風險,松科二井的鑽孔鑽到5900米時,最嚴重的垮塌出現了:三個月間,鑽頭沒有鑽進一厘米!
為了平衡地下的壓力,科學家研究通過高溫泥漿實現壓力平衡,但是灌注進地下的泥漿始終不能讓垮塌停下來。他們通宵達旦地做著實驗,嘗試調配出最適合的高溫泥漿來阻止不斷的垮塌。
整整三個月大家都沉浸在焦灼的實驗、灌注、失敗、再實驗、再灌注、再失敗的過程中,一次次從希望走向失望,從失望走向新的希望。經歷了將近100天的煎熬,配方終於調試成功了,垮塌被有效遏制了。鑽頭歡快地唱著歌,向著地下一路狂奔。
松科二井的科學家們創造了深部鑽探技術四項世界紀錄,實現了兩項重大突破。在世界上首次研發並成功應用大口徑一次取心成井等技術,將鑽進速度提高了2倍。
地下是否生活著某種文明生物或者一個神奇的新世界,地球這顆孕育生命的行星隱藏了多少秘密?隨著科學探險的一步步推進,我們相信,這些秘密終將被解開。
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