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苏联人挖出了世界上最深的洞,就为了看看底下有啥

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发表于 2019-9-11 18:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

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俄罗斯科拉半岛(The Kola Peninsula ),临近挪威国界的荒原之中,矗立着一座苏联时期的废弃科学研究站, 在摇摇欲坠的建筑物中间,混凝土地板上嵌着一个沉重生锈的井盖,上面牢牢钉着一圈铆钉,仿佛封印了什么不为人知的秘密。
废弃的科学研究站和封死的井口 | amusingplanet.com
井盖之下就是鼎鼎大名的科拉超深钻孔(Кольская сверхглубокая скважина),这原本只是一个科研钻探工程,却因为一则都市传说名扬四海:相传科拉超深钻孔曾经钻到地下1.2万米的地方,在这里,挖掘仪器震动强烈,科学家们惊讶地发现地心内部竟有一个空腔,他们使用超精度录音机探测,却听到了类似人类的惨叫声,他们认为自己挖开了“地狱之门”。
甚至有文章这样记载,“科考队用地质探测器对钻洞口进行激光扫描,超声探测器探测后,结果显示钻洞内部有哀号哭喊声和巨大爆炸声。······而后,俄罗斯将科拉钻洞再次封闭,洞口用钢筋混凝土和钢水封死,周围50千米都设为军事禁区和禁飞区。”
美国报纸报道的“地狱之井” | wonkette.com
我第一次听到这个故事还是在大学的钻探工程学课上,随后,这个带有神秘色彩的钻孔勾起了我强烈的好奇心。下面就请大家随我一起,走进科拉半岛的废墟之中,了解它的传奇身世。
科拉超深钻孔
有关地狱之门的传说当然是子虚乌有的。事实上这些记录本身毫无根据,它们的最初来源是芬兰一家报刊上的读者来信,只不过在后来的转载过程中变得越发神乎其神了。
当然,撇开这些怪力乱神,现实中的科拉超深钻孔,也是一个具有传奇色彩的宝藏钻井。
科拉超深钻孔上部结构 | 参考文献 [3]
科拉超深钻孔,是苏联于1970年在科拉半岛佩琴加区设立的科学钻探项目。建造科拉超深钻孔,主要是为了研究我们星球上最古老的岩石,并了解其中发生过的地质过程。
诞生于美苏两国冷战期间,这口钻井也背负着“为国争光”的光荣使命,那时,两国向地球最深处钻孔,希望自己能率先挖穿地壳,到达莫霍洛维奇不连续面,也就是地壳和地幔之间的分界面。
莫霍洛维奇不连续面示意图
苏联那么大,为什么偏偏选择在佩琴加区进行钻探呢?事实上,这一地区有着得天独厚的优势。覆盖科拉半岛、芬兰、瑞典和挪威等地的波罗的地盾(Baltic shield),是欧洲最古老的地质区域之一,而佩琴加正好是这个地盾的一部分。在这里,水、风和冰川侵蚀了覆盖在数亿年前古老地层之上的沉积物,使得我们在这里钻15千米深的井,就可以看到通常隐藏在25千米或更深的陆壳中的地层。
科拉超深钻孔的位置 | mapsofworld.com
1965年,项目负责人找到了合适的钻探地点。经过五年的建设和准备,所有钻井设施的施工和安装工作完毕,工业园区和住宅建设完成。1970年,一场人类史上的工程壮举在北极圈内徐徐展开。
探险队长D.M. Guberman,在其站立位置上,
建造了后来的SG-3,即深达12262米的那一个钻孔 | 参考文献 [3]
向地幔进发
1970年,为了纪念列宁诞辰100周年,科拉超深井正式开钻。这在当时可以说是一场轰轰烈烈的科学研究项目。整个研究计划是在前苏联地质部的直接领导下进行的,成千上万的科研人员中只有极少数的科学家得以到现场参加。所有参与钻探工作的人员均分得了一套莫斯科的公寓房,工作期间的月工资水平达到大学教授一年的年薪。钻井现场成立了16个实验室对岩心进行研究。
工人们正在钻机旁工作 | 参考文献 [3]
苏联人使用Uralmash-4E系列钻机完成第一阶段钻探。设计钻探5000米,实际达到了7263米。这成为该设备达到的最深纪录,也让科拉超深钻孔一举成为了当时欧洲最深的钻孔。
Uralmash-4E钻机远景 | 参考文献 [3]
在第二阶段钻探过程中,技术团队拆除旧钻机,采用独特的Uralmash-15000装置,在井底高温和高压的极端条件下,最终达到10636米。1979年6月6日当天,科拉超深井打破了之前由美国奥克拉荷马州Berthar Rogers超深井保持的9583米的记录,正式成为当时世界上最深的超深井。
科拉超深钻孔达到了9584米,
成为当时世界上最深的钻孔 | 参考文献 [3]
钻探工作一路高歌猛进。1983年,该井达到了12000米,超越了世界上最深的马里亚纳海沟。为了准备1984年在莫斯科举办的国际地质大会,此后的钻探工作停止了大约一年,而这一闲置期也许为后来的事故埋下了隐患:1984年9月,在钻探到12066米后,一根5000米的钻柱断裂并留在钻孔中。后来的钻探工作只能从7000米的深度重新开始。
1983年,科拉超深钻孔达到了12000米 | 参考文献 [3]
1989年,科拉超深钻孔首次达到了它的最大深度——12262米。工作人员乐观地预计,该钻孔深度将于1990年达到13500米,到1993年达到15000米。
但他们很快就发现,这个深度地壳的温度已经高于预期的100℃,达到了180℃,这个温度下设备损坏非常严重,想要进行更深的钻探已经不可行了,于是钻探工作在1992年停止,停止钻进的官方理由是经费不足。从12000米到12262米,短短的262米花了整整十年才取得进展。
80年代,从科拉超深井里取出的岩心样本 | amusingplanet.com
虽然1992年就停钻了,但此后,针对科拉超深井的资料和数据研究仍持续了数年,直到2006年资金耗尽。2008年,该地址被废弃,科拉超深钻孔被牢牢封严,一代传奇终于落幕。
地质学家正在观察钻孔中取上来的岩心 | 参考文献 [3]
科拉超深钻孔成功了吗?
既然科拉超深钻孔钻了这么深,究竟有没有完成当初人们赋予它的光荣使命,成功钻到莫霍面呢?答案非常遗憾,不但没有,还差了不止一点,它只到达波罗的地盾的1/3处。下面让我们用一张图来说明一下。
地球内部圈层示意图 | Wikipedia.org
一般来说,地壳在5-70千米的厚度范围内,海洋地壳的厚度较小,在8千米左右,大陆地壳的厚度则在20-70千米。所以即使按最薄的陆壳算,科拉超深钻孔也才刚刚钻透一半,更别提那些比较厚的地方了。而按照地球的平均半径6371千米来计算,科拉超深钻孔也只钻到了0.2%的位置,实在是太微不足道了。
看到这里,你可能也会问出这个问题:既然陆壳那么厚,洋壳那么薄,为什么不去洋壳上打超深钻孔呢?
去洋壳上打超深钻孔
科研人员怎么可能会想不到这么简单的问题呢?事实上,在科拉超深钻孔项目启动之前,美国就已经在海上进行了“莫霍计划”,也是为了钻到莫霍面。莫霍计划原本打算分三个阶段进行,然而,由于技术、管理和资金等一系列问题,这个计划只进行了第一阶段就夭折了。
用于进行“莫霍计划”第一阶段的钻井船CUSS I 号 | Wikipedia.org
最终该计划取得的成果仅仅是钻到了海底以下183米,却耗费了5700万美元,这在1966年无疑是一笔巨款。用当时一位地质学家的话来说,这个项目相当于站在高楼上拿着一根又细又长的干面条朝着楼下的柏油马路钻孔。由此,我们也可以想象一下,科拉超深钻孔究竟耗费了多少人力物力和财力才能钻到了12262米。
科学家都发现了啥
科拉超深钻孔的直径只有大约20厘米,却帮助我们窥探到了丰富多彩的地下世界,科学家甚至观测到了20亿年以前的生命活动。在地表以下6千米处他们发现了微小的浮游生物化石,在地下高温高压的环境中居然保存得完好无损。
1987年,纪念科拉超深钻孔的苏联邮票 | wikipedia
在钻井深处,科学家还意外发现了水的踪迹。他们猜测,这是地壳深处矿物中的氢和氧直接生成的水,由于一层不透水的岩石隔断而无法到达地表。
据官网记载,在9千米至12千米的地层里,岩心里的黄金含量达到了4克/吨的品位,已经满足了商业开采要求。虽然科拉超深井的勘探过程与太空竞赛的方向完全相反,但是科学家从科拉超深井3千米处获取的岩石,同苏联月球车采集的月球土壤,成分居然是一样的。
地下12260米处的岩心,从SG-3钻孔获取 | 参考文献 [3]
事实上,到了今天,科拉超深钻孔的深度纪录已经被一些“后起之秀”给打破了。2008年,卡塔尔的阿肖辛油井达到了12289米;2011年,俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井达到了12345米;2012年,埃克森美孚石油公司的Z-44 Chayvo油井达到了12376米。但是,这些油井只是胜在总长度更长,它们还存在一定的水平位移,以实际的垂向深度计算,科拉超深钻孔SG-3依然是到达地球最深处的人造物,也是世界上最深的纯粹以科研为目的钻探井。

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