Буріння кільської надглибокої свердловини. Найглибша свердловина на землі - почути серцебиття Землі

Знаменита занедбана свердловина розташована в Мурманської областіу Печенському рудному районі, який відомий мідно-нікелевими родовищами. Найближчий населений пункт – місто Заполярний, яке знаходиться за 10 км від СГ-3.

Кольська надглибока – фото з космосу

До цього дня кільська свердловина є найглибшою у світі. Її глибина становить рекордних 12262 м, діаметр на поверхні 92 см, а на максимальної глибини- 21,5 см. Головна задачасвердловини СГ-3 це пошук корисних копалин чи видобуток нафти, на відміну інших надглибоких свердловин, а виключно науково-дослідницька діяльність.

Звичайно, вибір цього важкодоступного місця з суворим кліматом не випадковий. Насамперед було організовано спеціальну геологічну експедицію, яка й вказала саме цю точку для спорудження всієї бурильної споруди та подальшого буріння свердловини. Уся територія півострова має багато населених пунктівз дуже дивними назвами: Новий Титан, Нікель, Слюда, Апатити, Магнетити і т.д. Але насправді в цьому нічого дивного немає, тому що острів просто величезний склад корисних копалин. Важливим з висновків експедиції було й те, що з плином мільйонів років, руйнівного впливу води, вітру та льоду поверхня Балтійського щита нібито більше "оголилася" до найстаріших земних утворень, які зазвичай заховані в інших районах, внаслідок більш м'якого клімату та меншої дії ерозії. . Тобто. саме в цьому місці бурильники мали перевагу в 5-8 км у порівнянні зі зрізом земної корина континенті. Тому якщо тут пробурити свердловину завглибшки 15 км, це порівняно з 20-23 км на континенті.

Поверхневі шари земної кори на той час були дуже добре вивчені під час буріння нафтових свердловин та видобутку нафти. І для видобутку копалин досить було свердловин близько 2000-3000 м. Але СГ-3 було зовсім інше і дуже важке завдання – досягти глибини в 15 000 м. Недарма вона порівнювалася з підготовкою і польотом в космос за рівнем технічного оснащення. А як виявилася подібність і не лише в цьому. Ну про це трохи згодом. Влаштуватись на роботу в той час на свердловину було дуже не просто, туди відбирали лише найкращих інженерів та робітників. Кожен із них отримував квартиру та дуже гідну зарплату, приблизно у вісім разів більше, ніж фахівці у центральній частині спілки.

Д.Губерман та академік Тимофєєв обговорюють перспективи буріння

У науці з ХХ століть прийнято, що Земля складається з кори, мантії та ядра. І межі всіх верств було встановлено теоретично, тобто. передбачалося, що шар гранітів має глибину 3 км, а з глибини 3 км починається шар базальтів. Мантію вчені припускали знайти на глибині 15-18 км. Але саме СГ-3 зруйнувала всі ці уявлення і дала інші результати, над якими вчені працюють і донині.

Стартувало буріння 24 травня 1970 року. До речі, слід зазначити, що головною умовою уряду було використання лише власного інструменту та обладнання. Тому бурове обладнання було радянського виробництва підприємства "Уралмаш". Перший етап буріння здійснювався типовою буровою установкою, максимальна межа глибини якої складала 5 000 м, але на СГ-3 вдалося пробитися з її допомогою до глибини 7 000 м. Що стало дуже добрим результатом. Сам процес буріння до першої точки 7 000 м проходив без будь-яких позаштатних ситуацій, бур легко справлявся з однорідними гранітами і вся ця робота зайняла 4 роки.

Для продовження робіт з глибинного буріння необхідно було перебудувати вишку під іншу потужнішу установку і виконати її монтаж. Усі ці роботи з переобладнання зайняли близько року. Під наступний етап буріння було спеціально розроблено "Уралмаш-15000", яка мала кардинальні відмінності в пристрої. По-перше, автоматизувався підйом та занурення бура з колоною, по-друге, завдяки новій конструкції оберталася не вся колона, а лише сам інструмент. Його обертання здійснювалося з допомогою подачі спеціально розчину. Сама коронка має спеціальну конструкцію, за рахунок чого робітники періодично витягували проби породи у вигляді циліндрів, вони мають назву керн. Роздроблена порода в процесі буріння піднімається на поверхню разом із спеціальним розчином. Потім розчин очищають та запускають по-новому. Вся колона у зборі з коронкою та буровим розчином має масу близько 200 т. Труби з яких збирається колона необхідної довжини, виконані з алюмінієвих сплавів. Буріння на великих глибинах дуже складний технологічний процес, а тим більше це було підкоренням нових глибин, тому в процесі виникало безліч проблем, які оперативно та професійно вирішувалися за рахунок найкращих фахівцівна станції. На спуск і підйом бурової колони йде дуже багато часу, близько 18 годин, а сам процес буріння займає 4 години. Тому роботи на свердловині були цілодобовими у три зміни.

Наступний етап буріння з глибини 7 000 метрів ускладнився за рахунок пухких нерівномірних порід, інструмент постійно відхилявся у бік більш м'яких порід і процес суттєво уповільнювався, але неприємніші ситуації виникали через пошкодження бура та обриву всієї бурової колони. Так внаслідок аварій та втрати інструменту доводилося цементувати цю ділянку та починати буріння з попередніх етапів. До 6 червня 1979 року був побитий рекорд 9583 метри, який належав нафтовій свердловині Берта Роджерс.

До 1983 новий рекорд глибини буріння 12 066 метрів. Роботи на свердловині довелося тимчасово призупинити через підготовку до Міжнародного геологічного конгресу, який був намічений на 1984 рік у Москві.

Після перерви 27 вересня 1984 року роботи з буріння було відновлено. Але при першому етапі сталася аварія - обрив колони з буром. Фахівцями було втрачено 5 км труб колони. Усі спроби дістати зі свердловини обладнання закінчилися невдачею. Тому довелося починати буріння з 7000 м. І за 6 років до 1990 року нова свердловина досягла рекордної позначки 12 262 м. Усі спроби далі продовжити буріння закінчувалися невдачами, тому проект заморозили і через деякий час зовсім зупинили через брак фінансування та політичною ситуацієюв країні. Але ця глибина так і залишається рекордною!

Кольська надглибока наші дні

Зрештою, у 2008 році все було остаточно занедбано, свердловину законсервували, якусь частину обладнання було демонтовано, решта руйнується від часу та від рук мародерів. За деякими даними, для відновлення всього обладнання та продовження науково-дослідної роботи потрібно близько 100 млн. руб, але швидше за все це вже нереально.
Далі наведемо фото нинішнього стану об'єкту

Для отримання додаткової інформації, перегляньте короткометражний фільм

У далекому вже 1990 році, у південній частині Німеччини група вчених вирішила зазирнути у надра нашої планети на стику двох тектонічних плит, що зіткнулися понад 300 мільйонів років тому, коли формувався континент. Підсумковою метою вчених було буріння однієї з найглибших у світі свердловин до 10 км.

Спочатку передбачалося, що свердловина стане своєрідним «телескопом», який дасть змогу більше дізнатися про надра нашої планети та постаратися дізнатися про ядро ​​Землі. Процес буріння проходив у рамках програми Continental Deep Drilling і продовжився до жовтня 1994 року, коли через фінансових проблемпрограму довелося згорнути.

Назвали свердловину Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik, скорочено KTB, і до часу закриття програми пробурена була більш ніж на 9км, що не додало ентузіазму вченим. Сам процес буріння йшов не сказати, що легко. За 4 роки вченим, інженерам і робітникам довелося зіткнутися з цілою купою складних ситуаційта досить складних завдань. Так, наприклад, буру довелося проходити крізь породи, нагріті до температури близько 300 градусів Цельсія, проте навіть за таких умов бурильники все ж таки впоралися, використовуючи охолодження свердловини рідким воднем.

Втім, незважаючи на те, що програму згорнули, наукові експерименти не припинили і проводили їх аж до кінця 1995 року і слід зазначити, проводили недаремно. За цей час вдалося відкрити нові, досить несподівані факти будови нашої планети, було складено нові карти розподілу температур та отримано дані про розподіл сейсмічного тиску, які дозволили створити моделі шаруватої структури верхньої частини поверхні Землі.

Проте найцікавіше вчені приберегли насамкінець. Голландський вчений Лотт Гівен, який спільно з інженерами-акустиками та вченими з Науково-дослідного центру геофізичних досліджень (Німеччина) зробив те, про що мріяли багато - практично в прямому значенніцього слова, він «почув серцебиття» Землі. Для цього йому та його команді потрібно було провести акустичні вимірювання, за допомогою яких дослідницька групавідтворила звуки, які ми могли б почути на глибині 9 км. Втім, тепер почути ці звуки можете ви.

Незважаючи на те, що КТB на Наразівважається найглибшою свердловиною у світі, існує кілька свердловин, які, проте, вже запечатані. І серед них виділяється свердловина, яка за час свого існування встигла обрости легендами, це Кольська надглибока свердловина-колодязь, відоміша як «Дорога в пекло». На відміну від інших конкурентів КТB, Кольська свердловина досягала 12,2 км у глибину і вважалася найглибшою свердловиною у світі.

Її буріння почалося 1970 року в Мурманській області (Радянський Союз, нині російська Федерація), за 10 кілометрів на захід від міста Заполярний. За час буріння свердловина пережила кілька аварій, в результаті яких робітникам доводилося бетонувати свердловину і починати буріння з набагато меншої глибини і під іншим кутом. Цікаво, що саме з чергою аварій і невдачами, що переслідують групу, пов'язують причину виникнення легенди про те, що свердловина була пробурена до самого, що не є справжнього Ада.

Як свідчить текст легенди, після проходження рубежу 12 км, вчені, за допомогою мікрофонів вдалося почути звуки криків. Однак вирішили продовжити буріння і під час проходження чергової позначки (14 км) раптом натрапили на порожнечі. Після того, як вчені спустили мікрофони, до них долинули крики і стогін чоловіків і жінок. А згодом сталася аварія, після якої роботи з буріння вирішено було припинити.

І, незважаючи на те, що аварія справді була, жодних криків людей вчені не чули, та й усі розмови про демонів, не більше ніж вигадка – говорив Давид Миронович Губерман, один із авторів проекту, під чиїм керівництвом проходило буріння свердловини.

Після чергової аварії 1990 року, після досягнення глибини 12 262 метрів, буріння завершили, а 2008-го, проект закинули, а обладнання демонтували. Через 2 роки, у 2010, свердловину законсервували.

Зазначимо, що такі проекти як буріння свердловин як КТВ та Кольської є для вчених-геологів на даний момент. єдиним способомта можливістю дослідження надр планети.

Сьогодні наукові дослідження людства дісталися рубежів Сонячної системи: ми висаджували космічні апарати на планети, їхні супутники, астероїди, комети, відправили місії до пояса Койпера і перетнули кордон геліопаузи. За допомогою телескопів ми бачимо події, що відбувалися 13 мільярдів років тому - коли Всесвіту виповнилося лише кілька сотень мільйонів років. З огляду на це цікаво оцінити, наскільки добре ми знаємо нашу Землю. Кращий спосібдізнатися її внутрішня будова- пробурити свердловину: що глибше, то краще. Найглибша свердловина на Землі – Кольська надглибока, або СГ-3. 1990 року її глибина досягла 12 кілометрів 262 метрів. Якщо порівняти цю цифру з радіусом нашої планети, то виявиться, що це лише 0,2 відсотка шляху до центру Землі. Але цього виявилося достатньо, щоб перевернути уявлення про будову земної кори.

Якщо ви уявляєте собі свердловину як шахту, якою можна спускатися на ліфті в надра землі або хоча б на пару кілометрів, то це зовсім не так. Діаметр бурового інструменту, за допомогою якого інженери створювали свердловину, складав лише 21,4 сантиметри. Верхній двокілометровий відрізок свердловини трохи ширший - його розширювали до 39,4 сантиметри, але все одно людині туди не потрапити. Щоб уявити пропорції свердловини, найкращою аналогією буде 57-метрова швейна голка з діаметром 1 міліметр, трохи потовщена з одного кінця.

Схема свердловини

Але й ця вистава буде спрощеною. За час буріння на свердловині відбувалося кілька аварій - частина бурової колони при цьому опинялася під землею без можливості її витягти. Тому кілька разів свердловину починали проходити заново, з позначок у сім та дев'ять кілометрів. Є чотири великі відгалуження та близько десятка дрібних. У основних відгалужень різна гранична глибина: два з них перетинають позначку 12 кілометрів, ще два не доходять до неї всього на 200-400 метрів. Зауважимо, що глибина Маріанської западини на кілометр менша – 10 994 метри щодо рівня моря.

Горизонтальна (ліворуч) та вертикальна проекції траєкторій СГ-3

Ю.М. Яковлєв та інші. / Вісник Кольського наукового центруРАН, 2014

Більше того, було б помилкою сприймати свердловину як вертикальну лінію. Через те, що на різних глибинах породи мають різні механічні властивості, бур у ході роботи відхилявся до менш щільних областей. Тому у великому масштабі профіль Кольської надглибокий виглядає як трохи вигнутий дріт з кількома відгалуженнями.

Підійшовши до свердловини сьогодні, ми побачимо лише верхню частину- металевий люк, пригвинчений до гирла дванадцятьма масивними болтами. Напис на ньому зроблено з помилкою, правильна глибина – 12 262 метри.

Як бурили надглибоку свердловину?

Спочатку необхідно зазначити, що СГ-3 спочатку замислювалася саме з наукових цілей. Дослідники обрали для буріння місце, де на поверхню землі виходили стародавні породи віком до трьох мільярдів років. Один із аргументів при розвідці полягав у тому, що молоді осадові породи були добре вивчені при видобутку нафти, а глибоко в давні верстви ще ніхто не бурив. Крім того, тут знаходилися і великі мідно-нікелеві родовища, розвідка яких була б корисним доповненнямдо наукової місії свердловини.

Буріння почалося 1970 року. Перша частина свердловини була пробурена серійною установкою "Уралмаш-4Е" - її зазвичай використовували для буріння нафтових свердловин. Модифікація установки дозволила досягти глибини 7 кілометрів 263 метри. На це пішло чотири роки. Потім установку змінили на Уралмаш-15000, названу так на честь запланованої глибини свердловини - 15 кілометрів. Нова бурова була розроблена спеціально для Кольської надглибокої: буріння на таких великих глибинах вимагало серйозного доопрацювання техніки та матеріалів. Наприклад, тільки вага бурової колони при 15-кілометровій глибині досягала 200 тонн. Сама установка могла піднімати вантаж до 400 тонн.

Бурова колона складається із труб, з'єднаних між собою. З її допомогою інженери опускають на дно свердловини інструмент для буріння, і вона забезпечує його роботу. На кінці колони встановлювали спеціальні 46-метрові турбобури, що рухаються потоком води з поверхні. Вони дозволяли обертати інструмент, що дробить породу, окремо від усієї колони.

Коронки, за допомогою яких бурова колона вгризалася в граніт, викликають асоціації з футуристичними деталями від робота - кілька шипастих дисків, що обертаються, з'єднаних з турбіною зверху. Однієї такої коронки вистачало лише на чотири години роботи – це приблизно відповідає проходу на 7-10 метрів, після чого всю бурову колону потрібно піднімати, розбирати і потім опускати заново. Постійні спуски та підйоми самі по собі займали до 8 години.

Навіть труби для колони в Кольській надглибокій довелося використати незвичайні. На глибині поступово зростають температура і тиск, і, як розповідають інженери, за температур понад 150-160 градусів сталь серійних труб розм'якшується і гірше тримає багатотонні навантаження - через це зростає ймовірність небезпечних деформацій та обриву колони. Тому розробники обрали більш легкі та термостійкі алюмінієві сплави. Кожна з труб мала довжину близько 33 метрів та діаметр близько 20 сантиметрів - трохи вже самої свердловини.

Проте навіть спеціально розроблені матеріали не витримували умов буріння. Після першого семикілометрового відрізка на подальше буріння до позначки 12 000 метрів пішло майже десять років та понад 50 кілометрів труб. Інженери зіткнулися з тим, що нижче за сім кілометрів породи стали менш щільними і тріщинуватими - в'язкими для бура. Крім того, ствол свердловини спотворив форму і став еліптичним. В результаті кілька разів колона обривалася, і, не маючи можливості підняти її назад, інженери змушені були бетонувати відгалуження свердловини і проходити ствол заново, втрачаючи роки роботи.

Одна з таких великих аварій змусила буровиків в 1984 забетонувати відгалуження свердловини, що досягла глибини 12 066 метрів. Буріння довелося розпочати наново з 7-кілометрової позначки. Цьому передувала пауза у роботі зі свердловиною - на той момент існування СГ-3 розсекретили, а в Москві відбувся міжнародний геологічний конгрес Геоекспо, делегати якого відвідали об'єкт.

Як розповідають очевидці аварії, після поновлення робіт колона пробурила свердловину ще на дев'ять метрів униз. Після чотирьох годин буріння робітники приготувалися піднімати колону назад, але вона не пішла. Буровики вирішили, що труба десь «прилипла» до стін свердловини і збільшили потужність на підйом. Навантаження різко поменшало. Поступово розбираючи колону на 33-метрові свічки, робітники дісталися чергового відрізка, що закінчується нерівним нижнім краєм: турбобур та ще п'ять кілометрів труб залишились у свердловині, підняти їх не вдалося.

Знову досягти 12-кілометрової позначки буровикам вдалося лише до 1990 року, тоді ж було встановлено і рекорд занурення – 12 262 метри. Потім сталася нова аварія, а з 1994 року роботи на свердловині було зупинено.

Наукова місія надглибокої

Картина сейсмічних випробувань на СГ-3

"Кольська надглибока" Міністерство геології СРСР, видавництво "Надра", 1984

Свердловину досліджували цілим набором геологічних та геофізичних методів, починаючи від збору керна (стовпчика порід, що відповідають заданим глибинам) і закінчуючи радіаційними та сейсмологічними вимірами. Наприклад, керн забирали за допомогою керноприймачів зі спеціальними бурами - вони схожі на труби із зазубреними краями. У центрі цих труб 6-7 сантиметрові отвори, куди попадає порода.

Але навіть із цією, здавалося б, простою (за винятком потреби піднімати цей керн із багатокілометрової глибини) методикою виникали складності. Через буровий розчин, - того самого, що рухав бур, - керн насичувався рідиною і змінював свої властивості. Крім того, умови в глибині та на поверхні землі сильно різняться – зразки розтріскувалися від перепаду тиску.

На різних глибинах вихід керна дуже відрізнявся. Якщо на п'яти кілометрах зі 100-метрового відрізка можна було розраховувати на 30 сантиметрів керна, то за глибин понад дев'ять кілометрів замість стовпчика порід геологи отримували набір шайб із щільної породи.

Мікрофотографія порід, піднятих із глибини 8028 метра

"Кольська надглибока" Міністерство геології СРСР, видавництво "Надра", 1984

Дослідження матеріалу, піднятого зі свердловини, дозволили зробити кілька важливих висновків. По-перше, будова земної кори не можна спрощувати до композиції з кількох верств. На це раніше вказували сейсмологічні дані – геофізики бачили хвилі, які здавалися відбитими від гладкого кордону. Дослідження на СГ-3 показали, що така видимість може виникнути і за складного розподілу порід.

Це припущення позначилося на проектуванні свердловини - вчені очікували, що на глибині семи кілометрів ствол увійде до базальтових пород, проте вони не зустрілися і на 12-кілометровій позначці. Зате замість базальту геологи виявили породи, що мали велику кількість тріщин і низьку щільність, чого зовсім не можна було очікувати від багатокілометрової глибини. Більш того, у тріщинах знайшлися сліди підземних вод- Висловлювалися навіть припущення, що вони утворені прямою реакцією кисню та водню в товщі Землі.

Серед наукових результатів знайшлися і прикладні – так, на невеликих глибинах геологи знайшли обрій мідно-нікелевих руд, придатних до видобутку. А на глибині 9,5 кілометра виявився шар геохімічної аномалії золота – у породі були присутні мікрометрові зерна самородного золота. Концентрації сягали грама на тонну породи. Втім, навряд чи видобуток з такої глибини буде колись рентабельним. Але саме існування та властивості золотоносного шару дозволили уточнити моделі еволюції мінералів – петрогенезу.

Окремо слід розповісти про дослідження температурних градієнтів та радіацію. Для такого роду експериментів використовуються внутрішньосвердловини, що опускаються на проводах-тросах. Великою проблемою було забезпечити їхню синхронність із наземним обладнанням, а також забезпечити роботу на великих глибинах. Наприклад, проблеми виникали з тим, що троси при довжині 12 кілометрів розтягувалися приблизно на 20 метрів, що могло сильно знизити точність даних. Щоб уникнути цього, геофізикам довелося створювати нові методи маркування відстаней.

Більшість серійних приладів було розраховано працювати у суворих умовах нижніх ярусів свердловини. Тому для досліджень на великих глибинах вчені застосовували обладнання, розроблене спеціально для Кольської надглибокої.

Найважливіший результат геотермічних досліджень - набагато вищі температурні градієнти, ніж очікувалося побачити. Поблизу поверхні швидкість зростання температури становила 11 градусів на кілометр, до глибини двох кілометрів – 14 градусів на кілометр. В інтервалі від 2,2 до 7,5 кілометра температура зростала зі швидкістю, що наближається до 24 градусів на кілометр, хоча існуючі моделіпередбачали величину у півтора рази меншу. В результаті вже на п'ятикілометровій глибині прилади фіксували температуру 70 градусів Цельсія, а до 12 кілометрів це значення досягло 220 градусів Цельсія.

Кольська надглибока виявилася несхожою на інші свердловини - наприклад, під час аналізу тепловиділення порід Українського кристалічного щита та батолітів Сьєрра-Невади геологи показали, що з глибиною тепловиділення падає. У СГ-3 воно навпаки зростало. Більше того, виміри показали, що основним джерелом тепла, що забезпечує 45-55 відсотків теплового потокує розпад радіоактивних елементів.

Незважаючи на те, що глибина залягання свердловини здається колосальною, вона не доходить і до третини товщини земної кори в Балтійському щиті. Геологи оцінюють, що підошва земної кори у цій галузі проходить приблизно за 40 кілометрів під землею. Тому навіть якби СГ-3 досягла запланованого 15-кілометрового відсічення, до мантії ми все одно не дісталися б.

Таке амбітне завдання ставили собі американські вчені, розробляючи проект «Мохол». Геологи планували досягти кордону Мохоровичича – підземної області, де спостерігається різка зміна швидкості розповсюдження звукових хвиль. Вважається, що вона пов'язана з кордоном між корою та мантією. Варто зазначити, що буровики вибрали місцем для свердловини дно океану поблизу острова Гуадалупе - відстань до кордону становила всього кілька кілометрів. Однак глибина самого океану досягала тут 3,5 кілометра, що суттєво ускладнювало бурові роботи. Перші випробування у 1960-х роках дозволили геологам пробурити свердловини лише на 183 метри.

Нещодавно стало відомо про плани відродити проект глибокого океанічного буріння за допомогою дослідного бурового судна JOIDES Resolution. Як нову мету геологи обрали крапку в Індійському океані, неподалік Африки. Глибина залягання кордону Мохоровичича там становить лише близько 2,5 км. У грудні 2015-го - січні 2016 року геологам вдалося пробурити свердловину глибиною 789 метрів - п'яту за величиною у світі з підводних свердловин. Але ця величина - лише половина від потрібної першому етапі. Втім, команда планує повернутися та завершити розпочате.

***

0,2 відсотка довжини шляху до центру Землі - не така вже вражаюча величина порівняно з масштабами космічних подорожей. Однак слід враховувати, що і межа Сонячної системи не проходить орбітою Нептуна (або навіть поясу Койпера). Гравітація Сонця переважає над зоряною аж до відстаней у два світлові роки від світила. Отже, якщо акуратно все порахувати, то виявиться, що і «Вояджер-2» пролетів лише десяту частку відсотка довжини шляху до околиць нашої системи.

Тому не варто засмучуватися тим, як погано ми знаємо «начинки» власної планети. У геологів є свої телескопи – сейсмічні дослідження – і свої амбітні плани щодо підкорення надр. І якщо астрономи вже встигли торкнутися солідної частини небесних тілв Сонячної системи, то у геологів все найцікавіше ще попереду.

Володимир Корольов

Кандидат технічних наукА. ОСАДЧИЙ

Сотні тисяч свердловин було пробурено в земній корі за останні десятиліття минулого століття. І це не дивно, тому що пошук та видобуток корисних копалин у наш час неминуче пов'язані з глибоким бурінням. Але серед усіх цих свердловин є одна-єдина на планеті – легендарна Кольська надглибока (СГ), глибина якої досі залишається неперевершеною – понад дванадцять кілометрів. Крім того, СГ - одна з небагатьох, яку бурили не заради розвідки чи видобутку корисних копалин, а чисто науковими цілями: вивчити найдавніші породи нашої планети і пізнати таємниці процесів, що йдуть в них.

Геологи В. Ланев (ліворуч) та Ю. Смирнов розглядають зразки керна.

Бурові коронки. Така сама, але саме та, яка була використана при бурінні на глибині 12 км, стала експонатом виставки на Міжнародному геологічному конгресі 1984 року.

На цьому гаку опускали та піднімали колону труб. Зліва – у кошику – стоять підготовлені до спуску 33-метрові труби – "свічки".

Кольська надглибока свердловина.

Окремі зразки Керна.

Унікальне керносховище, де на полицях у ящиках строгому порядку, пронумеровані, розкладені керни всієї дванадцятикілометрової свердловини.

Такі значки з гордістю носили усі, хто працював на СД.

Сьогодні на Кольській надглибокій не ведуть буріння, воно припинено 1992 року. СГ була першою і єдиною у програмі вивчення глибинного будови Землі. Із зарубіжних свердловин три дійшли до глибини від 9,1 до 9,6 км. Планувалося, що одна з них (у Німеччині) перевершить Кольську. Проте буріння на всіх трьох, так само як і на СГ, було припинено через аварії і з технічних причин поки що не може бути продовжено.

Видно, не дарма завдання буріння надглибоких свердловин за складністю порівнюють із польотом у космос, із тривалою космічною експедицією до іншої планети. Зразки порід, витягнуті із земних надр, становлять не менший інтерес, ніж зразки місячного ґрунту. Доставлений радянським місяцеходом ґрунт досліджували у різних інститутах, у тому числі у Кольському науковому центрі. Виявилося, що місячний ґрунт за складом майже повністю відповідає породам, витягнутим з Кольської свердловиниіз глибини близько 3 км.

ВИБІР МІСЦЯ І ПРОГНОЗ

Для буріння СГ було створено спеціальну геологорозвідувальну експедицію (Кольська ГРЕ). Місце буріння теж звичайно вибрано не випадково - Балтійський щит у районі Кольського півострова. Тут на поверхню виходять найдавніші вивержені породи віком близько 3 млрд. років (а Землі всього 4,5 млрд. років). Бурити саме у найдавніших вивержених породах було цікаво, бо товщі осадових поріддо глибини 8 км. вже непогано вивчені при видобутку нафти. На вивержені породи при видобутку з корисними копалинами забираються зазвичай лише з 1-2 км. Вибору місця для СГ сприяло і те, що тут знаходиться печенігський прогин - величезна чашоподібна структура, ніби вдавлена ​​в давні породи. Її походження пов'язане із глибинним розломом. І саме тут знаходяться великі мідно-нікелеві родовища. А завдання, поставлені перед Кольською геологічною експедицією, входило виявити ряд особливостей геологічних процесівта явищ, у тому числі - рудоутворення, визначити природу кордонів, що поділяють шари в континентальній корі, зібрати дані про речовому складіі фізичному стані гірських порід.

На початок буріння було побудовано основі сейсмологічних даних розріз земної кори. Він послужив прогнозом появи тих земних верств, які перетинала свердловина. Передбачалося, що до глибини 5 км йде гранітна товща, після неї чекали міцніші і давніші базальтові породи.

Отже, місцем буріння обрали північний захід Кольського півострова, за 10 км від міста Заполярний, неподалік нашого кордону з Норвегією. Заполярне - невелике містечко, що виросло в п'ятдесятих роках поряд з нікелевим комбінатом. Серед горбистої тундри на бугрі, що продувається всіма вітрами та хуртовиною, стоїть "квадратик", кожна сторона якого утворена із семи п'ятиповерхових будинків. Усередині - дві вулиці, на їхньому перетині площа, де стоять Будинок культури та готель. За кілометр від містечка, за яром, видно корпуси та високі труби нікелевого комбінату, за ним, по схилу гори, темніють відвали порожньої породи з найближчого кар'єру. Поруч із містечком проходить шосе на місто Нікель і до невеликого озерця, на іншому березі якого – вже Норвегія.

Земля тих місць удосталь зберігає сліди минулої війни. Коли їдеш автобусом від Мурманська до Заполярного, приблизно на половині шляху перетинаєш невелику річечку Західна Особана її березі пам'ятний обеліск. Це єдине у всій Росії місце, де фронт під час війни з 1941 по 1944 простояв нерухомо, упираючись у Баренцеве море. Хоча тут весь час точилися жорстокі бої, і втрати з обох боків були величезні. Німці безуспішно прагнули пробитися до Мурманську - єдиному на нашій Півночі порту, що незамерзає. Взимку 1944 року радянським військамвдалося прорвати фронт.

Від Заполярного до Надглибокої – 10 км. Дорога йде повз комбінат, потім по краю кар'єру і далі лізе в гору. З перевалу відкривається невелика улоговина, в якій і встановлена ​​бурова. Її висота – з двадцятиповерховий будинок. До кожної зміни із Заполярного сюди йшли "вахтовики". Загалом в експедиції працювало близько 3000 осіб, мешкали вони у місті у двох будинках. З бурової цілодобово чулося бурчання якихось механізмів. Тиша означала, що у бурінні чомусь настала перерва. Взимку довгої полярної ночі - а вона там триває з 23 листопада по 23 січня - вся бурова світилася вогнями. Нерідко до них додалося світло полярного сяйва.

Трохи про персонал. У Кольській геологорозвідувальній експедиції, створеній для буріння, зібрався добрий, висококваліфікований колектив працівників. Начальником ГРЕ, талановитим керівником, який підібрав команду, майже беззмінно був Д. Губерман. Головний інженер І. ​​Васильченко відповідав за буріння. Командував буровий А. Батищев, якого всі звали просто Льохою. Геологією відав В. Ланею, а геофізикою - Ю. Кузнєцов. Величезну роботу з обробки керна та створення керносховища провів геолог Ю. Смирнов - той самий, у кого була "заповітна шафка", про яку ми ще розповімо. У проведенні досліджень на СД брали участь понад 10 науково-дослідних інститутів. Були в колективі і свої "кулібіни" і "шульги" (особливо відрізнявся С. Цериковський), які вигадували і виготовляли різні пристрої, що іноді дозволяють виходити з найважчих, здавалося б, безвихідних положень. Багато необхідних механізмів вони самі створювали тут же в добре оснащених майстернях.

ІСТОРІЯ БУРІННЯ

Буріння свердловини почалося 1970 року. Прохід до глибини 7263 м зайняв 4 роки. Її вели серійною установкою, яку зазвичай використовують при видобутку нафти та газу. Усю вишку через постійні вітри і холод довелося обшити догори дерев'яними щитами. Інакше тому, хто під час підйому колони труб має стояти нагорі, працювати просто неможливо.

Потім була річна перерва, пов'язана з будівництвом нової вежі та монтажем спеціально розробленої бурової установки - "Уралмаш-15000". Саме з її допомогою велося все подальше надглибоке буріння. У новій установці – потужніше автоматизоване обладнання. Використовувалося турбінне буріння - це коли обертається не вся колона, лише бурова головка. Через колону під тиском подавався буровий розчин, що обертає багатоступінчасту турбіну, що стоїть внизу. Загальна її довжина – 46 м. Завершується турбіна буровою головкою діаметром 214 мм (її часто називають коронкою), що має кільцеву форму, тому в середині залишається нерозбурений стовпчик породи – керн діаметром 60 мм. Через усі секції турбіни проходить труба – керноприймач, де збираються стовпчики видобутої породи. Подрібнена порода разом із буровим розчином виноситься по свердловині на поверхню.

Маса колони, зануреної у свердловину із буровим розчином, близько 200 тонн. Це при тому, що використовували спеціально розроблені труби з легких сплавів. Якщо колону зробити зі звичайних сталевих труб, вона розірветься від своєї ваги.

Складнощів, часом несподіваних, у процесі буріння на великих глибинах і з відбором керна виникає чимало.

Проходка за один рейс, що визначається зносом бурової головки, становить зазвичай 7-10 м. (Рейс, або цикл, - це спуск колони з турбіною і буровим інструментом, власне буріння і повний підйом колони.) Саме буріння займає 4 години. А на спуск та підйом 12-кілометрової колони йде 18 годин. При підйомі колона автоматично розбирається на секції (свічки) завдовжки по 33 м. У середньому протягом місяця вдавалося пробурити 60 м. На прохід останніх 5 км свердловини було використано 50 км труб. Такий ступінь їхнього зносу.

До глибини приблизно 7 км свердловина перетинала міцні, порівняно однорідні породи, тому стовбур свердловини був рівний, майже відповідний діаметру бурової головки. Робота просувалася, можна сказати, спокійно. Однак на глибині 7 км пішли менш міцні тріщинуваті, що перешаровуються з невеликими дуже твердими прошарками породи - гнейси, амфіболіти. Буріння ускладнилося. Стовбур прийняв овальну форму, з'явилося багато каверн. Почастішали аварії.

На малюнку показано початковий прогноз геологічного розрізу і той, який складений на основі даних буріння. Цікаво відзначити (колонка Б), що кут нахилу пластів по свердловині становить близько 50 градусів. Таким чином, зрозуміло, що породи, що перетинаються свердловиною, виходять на поверхню. Тут-то і можна згадати про вже згадану "заповітну шафку" геолога Ю. Смирнова. Там у нього з одного боку лежали зразки, отримані зі свердловини, а з іншого - взяті на поверхні на тій відстані від бурової, де виходить відповідний пласт. Збіг порід майже повне.

1983 ознаменувався неперевершеним досі рекордом: глибина буріння перевищила 12 км. Роботи припинили.

Наближався Міжнародний геологічний конгрес, який за планом проходив у Москві. До нього готувалася виставка Геоекспо. Було вирішено не лише прочитати доповіді про результати, досягнуті на СГ, а й показати учасникам конгресу роботу в натурі та здобуті зразки породи. До конгресу видали монографію "Кольська надглибока".

На виставці Геоекспо красувався великий стенд, присвячений роботі СГ та найголовнішому – досягненню рекордної глибини. Тут були вражаючі графіки, що розповідали про техніку та технологію буріння, здобуті зразки породи, фотографії техніки та колективу за роботою. Але найбільшу увагуучасників та гостей конгресу залучила одна нетрадиційна для виставкового показу деталь: звичайнісінька бурова головка, що вже трохи поржавіла, зі стертими твердосплавними зубами. На етикетці йшлося про те, що саме вона була використана при бурінні на глибині понад 12 км. Ця бурова голівка вражала навіть спеціалістів. Ймовірно, всі мимоволі очікували побачити якесь диво техніки, може, з алмазним оснащенням... І вони ще не знали, що на СГ поряд з буровою зібрана велика купа таких самих бурових головок, що вже поржавіли: адже їх доводилося міняти на нові приблизно через кожні пробурені 7-8 м-коду.

Багато делегатів конгресу захотіли на власні очі побачити унікальну бурову на Кольському півострові і переконатися, що справді в Союзі досягнуто рекордної глибини буріння. Такий виїзд відбувся. Там на місці провели засідання секції конгресу. Делегатам показали бурову, при них піднімали свердловину колону, від'єднуючи від неї 33-метрові секції. Фотографії та статті про СГ обійшли газети та журнали майже всіх країн світу. Було випущено поштову марку, організовано спецгасіння конвертів. Не перераховуватиму імена лауреатів різних премій і нагороджених за роботи...

Але свята скінчилися, треба було продовжувати буріння. І воно почалося з найбільшої аваріїна першому ж рейсі 27 вересня 1984 - "чорна дата" в історії СГ. Свердловина не прощає, коли її надовго залишають поза увагою. За час, поки не велося буріння, в її стінках тих, які не були закріплені зацементованою сталевою трубою, неминуче відбувалися зміни.

Спочатку все йшло буденно. Буровики виконували свої звичайні операції: одну за одною опускали секції бурової колони, до останньої верхньої, приєднали трубу подачі бурового розчину, включили насоси. Почали буріння. Прилади на пульті перед оператором показували звичайний режим роботи (кількість обертів бурової головки, її тиск на породу, витрата рідини на обертання турбіни тощо).

Пробуривши черговий 9-метровий відрізок на глибині понад 12 км, що зайняло 4 години, досягли глибини 12,066 км. Приготувалися до підйому колони. Спробували. Не йде. На таких глибинах вже неодноразово спостерігалися "прихвати". Це колись якась секція колони немовби прилипає до стінок (може, зверху щось обсипалося, і її трохи заклинило). Щоб зняти колону з місця, потрібно зусилля, що перевищує її вагу (близько 200 тонн). Так вчинили і цього разу, але колона не зрушила. Трохи додали зусилля, і стрілка приладу різко зменшила свідчення. Колона сильно полегшала, такої втрати ваги при нормальному ході операції не могло бути. Почали підйом: по черзі відкручували одну за одною секції. При останньому підйомі на гаку висів укорочений шмат труби з нерівним нижнім краєм. Це означало, що у свердловині залишилися не тільки турбобур, а й 5 км бурових труб.

Сім місяців намагалися їх дістати. Адже втратили не просто 5 км. труб, а результати п'ятирічної роботи.

Потім усі спроби повернути загублене припинили та почали знову бурити з глибини 7 км. Треба сказати, що після сьомого кілометра геологічні умови тут для роботи особливо складні. Технологія буріння кожного кроку відпрацьовується методом спроб і помилок. А починаючи з глибини приблизно 10 км - ще складніше. Буріння, експлуатація обладнання та апаратури йдуть на граничному режимі.

Тому аварій тут доводиться чекати будь-якої хвилини. До них готуються. Заздалегідь продумують методи та засоби їхньої ліквідації. Типова складна аварія - обрив бурового компонування разом із частиною колони бурових труб. Основний метод її ліквідації - створити уступ трохи вище за втрачену частину і з цього місця вести буріння нового обхідного ствола. Загалом у свердловині було пробурено 12 таких обхідних стволів. Чотири з них – довжиною від 2200 до 5000 м. Основна ціна подібних аварій – роки втраченої праці.

Тільки в побутовому поданні свердловина – вертикальна "дірка" від поверхні землі до вибою. Насправді це далеко не так. Особливо якщо свердловина надглибока і перетинає похилі пласти різної щільності. Тоді вона наче звивається, бо бур постійно відхиляється у бік менш міцних порід. Після кожного виміру, який показує, що нахил свердловини перевищує допустимий, її треба намагатися "повернути на місце". Для цього разом із буровим інструментом опускають спеціальні "відхилячі", які допомагають при бурінні зменшити кут нахилу свердловини. Нерідко трапляються аварії із втратою бурового інструменту та частини труб. Після цього новий ствол доводиться робити, як ми вже говорили, відступивши убік. Ось і уявіть, як виглядає в землі свердловина: щось на кшталт розгалуженого на глибині коріння гігантської рослини.

У цьому вся причина особливої ​​тривалості останньої фази буріння.

Після найбільшої аварії – "чорної дати" 1984 року – знову підійшли до глибини 12 км лише через 6 років. У 1990 році було досягнуто максимум - 12 262 км. Після ще кількох аварій переконалися, що глибше не пробитися. Усі можливості сучасної технікивичерпані. Здавалося, що Земля більше не хоче відкривати свої таємниці. Буріння припинили 1992 року.

ДОСЛІДНИЦЬКА РОБОТА. ЦІЛІ І МЕТОДИ

Однією з важливих цілей буріння було отримати керн-колонку зразків породи на всю довжину свердловини. І це завдання виконане. Найдовший у світі керн розмітили, як лінійку, на метри і поклали у порядку в ящиках. Зверху вказано номер скриньки та номери зразків. Загалом таких ящиків на складі майже 900.

Тепер залишилося лише вивчати керн, який справді незамінний щодо будівництва породи, її складу, властивостей, віку.

Але зразок породи, піднятий поверхню, має інші властивості, ніж у масиві. Тут, нагорі, він звільнений від величезної механічної напруги, що існує на глибині. Під час буріння він потріскався, наситився буровим розчином. Навіть якщо відтворити в спеціальній камері глибинні умови, все одно параметри, виміряні на зразку, відрізняються від тих, що в масиві. І ще одна маленька "заковика": на кожні 100 м пробуреної свердловини не одержують 100 м керна. На СГ із глибин понад 5 км середній вихід керна становив лише близько 30%, і з глибин понад 9 км це були часом лише окремі бляшки товщиною 2-3 див, відповідні найбільш міцним прошаркам.

Отже, керн, піднятий на СГ зі свердловини, не дає повної інформаціїпро глибинні породи.

Свердловини бурили з науковими цілями, тому використовувався комплекс сучасних методів дослідження. Крім вилучення керна обов'язково проводилися дослідження властивостей порід у їхньому природному заляганні. Постійно контролювали технічний стан свердловини. Вимірювали температуру по всьому стовбуру, природну радіоактивність- гамма-випромінювання, наведену радіоактивність після імпульсного нейтронного опромінення, електричні та магнітні властивості порід, швидкість поширення пружних хвиль, досліджували склад газів у рідині свердловини.

До глибини 7 км. використовували серійні прилади. Робота на великих глибинах і при більш високих температурахвимагала створення спеціальних термобаростійких приладів. Особливі проблеми виникли на останньому етапі буріння; коли температура у свердловині підійшла до 200 о С, а тиск перевищив 1000 атмосфер, серійні прилади працювати вже не могли. На допомогу прийшли геофізичні ОКБ та профільні лабораторії кількох НДІ, що виготовили поодинокі екземпляри термобаростійких приладів. Таким чином, весь час працювали лише на вітчизняній апаратурі.

Словом, свердловина була детально досліджена на всю її глибину. Дослідження проводили поетапно приблизно раз на рік, після поглиблення свердловини на 1 км. Щоразу після цього давали оцінку достовірності одержаних матеріалів. Відповідні обчислення дозволяли визначити параметри тієї чи іншої породи. Виявили певне чергування пластів і знали, яких породам приурочені каверни і пов'язані з ними часткові втрати інформації. Навчилися буквально по "крихтах" ідентифікувати породи і на цій основі відтворювати повну картинутого, що "приховала" свердловина. Коротше кажучи, вдалося побудувати детальну літологічну колонку – показати чергування порід та їх властивості.

ІЗ ВЛАСНОГО ДОСВІДУ

Приблизно раз на рік, коли завершувався черговий етап буріння – поглиблення свердловини на 1 км, я теж виїжджав на СГ, щоб провести вимірювання, які мені доручили. Свердловину в цей час зазвичай промивали та на місяць надавали для досліджень. Час планової зупинки завжди був відомий заздалегідь. Телеграма-виклик на проведення робіт також надходила заздалегідь. Апаратура перевірена та упакована. Формальності, пов'язані із закритими роботами у прикордонній зоні, виконані. Нарешті все залагоджено. Їдемо.

Наша група – маленький дружній колектив: розробник свердловинного снаряда, розробник нової наземної апаратури, і я – методист. Приїжджаємо днів за 10 до вимірів. Знайомимося з даними про технічний стан свердловини. Складаємо та затверджуємо докладну програму вимірювань. Збираємо та калібруємо апаратуру. Чекаємо на дзвінок - виклик зі свердловини. Наша черга "пірнати" третя, але якщо буде відмова у попередників, свердловину нададуть нам. Цього разу у них усе гаразд, кажуть, що завтра до ранку скінчать. З нами в одній бригаді геофізики-оператори, які реєструють сигнали, що отримуються від апаратури в свердловині, і командують усіма операціями зі спуску та підйому свердловинного приладу, а також механіки на підйомнику, вони керують змотуванням з барабана і намотуванням на нього тих самих 12 км. , на якому свердловину опускають прилад. Чергують і буровики.

Роботи розпочалися. Прилад опущений у свердловину на кілька метрів. Остання перевірка. Поїхали. Спуск йде повільно - близько 1 км/год, з безперервним контролем сигналу, що надходить знизу. Поки що все гаразд. Але ось на восьмому кілометрі сигнал засмикався і зник. Значить щось не так. Повне піднесення. (Про всяк випадок у нас підготовлений другий комплект апаратури.) Починаємо перевірку всіх деталей. На цей раз несправним виявився кабель. Його замінюють. На це потрібно більше доби. Новий узвіз зайняв 10 годин. Нарешті, спостерігач за сигналом повідомив: "Прибули на одинадцятий кілометр". Команда операторам: "Почати запис". Що і як – заздалегідь розписано за програмою. Тепер потрібно кілька разів опустити та підняти свердловинний прилад у заданому інтервалі, щоб провести виміри. На цей раз апаратура відпрацювала нормально. Тепер повне піднесення. Підняли на 3 км, і раптом дзвінок лебідчика (він у нас людина з гумором): "Верьовка скінчилася". Як? Що? На жаль, обрив кабелю... Свердловинний прилад та 8 км кабелю залишилися лежати на вибої... На щастя, за добу буровики зуміли все це підняти, використовуючи методику та пристрої, розроблені місцевими умільцями для ліквідації подібних НП.

ПІДСУМКИ

Завдання, поставлені у проекті надглибокого буріннявиконані. Розроблено та створено особливу апаратуру та технологію надглибокого буріння, а також для дослідження пробурених на велику глибину свердловин. Одержали інформацію, можна сказати, "з перших рук" про фізичний стан, властивості та склад гірських порід у їхньому природному заляганні та по керну до глибини 12 262 м.

Відмінний подарунок батьківщині свердловина видала на малій глибині - в інтервалі 1,6-1,8 км. Там були розкриті промислові мідно-нікелеві руди – виявлено новий рудний обрій. І дуже до речі, бо місцевому нікелевому комбінату вже не вистачає руди.

Як було зазначено вище, геологічний прогноз розрізу свердловини не виправдався (див. малюнок на стор. 39). Картина, яка очікувалася на протязі перших 5 км, у свердловині розтягнулася на 7 км, а далі з'явилися зовсім несподівані породи. Прогнозованих на глибині 7 км базальтів не знайшли навіть коли опустилися до 12 км.

Очікували, що кордон, що дає найбільше відображення при сейсмічному зондуванні, - це той рівень, де граніти переходять у міцніший базальтовий шар. Насправді ж виявилося, що там розташовані менш міцні та менш щільні тріщинуваті породи – архейські гнейси. Такого не припускали. І це принципово нова геолого-геофізична інформація, яка дозволяє інакше інтерпретувати дані глибинних геофізичних досліджень.

Несподіваними, принципово новими виявилися дані про процес рудоутворення в глибинних шарах земної кори. Так, на глибинах 9-12 км зустрілися високопористі тріщинуваті породи, насичені підземними сильно мінералізованими водами. Ці води - одне з джерел рудоутворення. Раніше вважали, що таке можливе лише на значно менших глибинах. Саме в цьому інтервалі у керні виявили підвищений вміст золота – до 1 г на 1 т породи (концентрація, яка вважається придатною для промислової розробки). Але чи буде колись рентабельним видобуток золота з такої глибини?

Змінилися і уявлення про тепловому режиміземних надр, про глибинний розподіл температур у районах базальтових щитів. На глибині понад 6 км отримано температурний градієнт 20 про З на 1 км замість очікуваного (як і у верхній частині) 16 про З на 1 км. Виявлено, що половина теплового потоку має радіогенне походження.

Пробуривши унікальну Кольську надглибоку свердловину, ми дуже багато чого дізналися і одночасно зрозуміли, як мало ми ще знаємо про будову своєї планети.

Кандидат технічних наук А. ОСАДЧИЙ.

ЛІТЕРАТУРА

Кольська надглибока.М.: Надра, 1984.

Кольська надглибока. Наукові результати та досліди дослідження.М., 1998.

Козловський Є. А. Всесвітній форум геологів."Наука життя" № 10, 1984.

Козловський Є. А. Кольська надглибока."Наука життя" № 11, 1985.

«Доктор Губерман, якого біса ви відкопали там унизу?» - репліка із зали перервала доповідь російського вченого на засіданні ЮНЕСКО в Австралії. За кілька тижнів до цього, у квітні 1995 року, світом прокотилася хвиля повідомлень про таємничу аварію на Кольській надглибокій свердловині.

Нібито на підході до 13-го кілометра прилади зафіксували дивний шум, що доносився з надр планети, - жовті газети в один голос запевняли, що так звучати можуть тільки крики грішників з пекла. Через кілька секунд після появи страшного звуку пролунав вибух.

Космос під ногами

Наприкінці 70-х – на початку 80-х влаштуватися працювати на Кольську надглибоку, як запанібратськи називають свердловину жителі селища Заполярний Мурманської області, було складніше, ніж потрапити до загону космонавтів. Із сотень претендентів обирали одного-двох. Разом із наказом про прийом на роботу щасливці отримували окрему квартиру та зарплату, що дорівнює подвійному-потрійному окладу московської професури. На свердловині одночасно працювало 16 дослідницьких лабораторій, кожна - розміром із середній завод. З такою завзятістю землю копали тільки німці, але, як свідчить Книга рекордів Гіннеса, найглибша німецька свердловина чи не вдвічі коротша за нашу.

Віддалені галактики вивчені людством набагато краще, ніж те, що знаходиться під земною корою за кілька кілометрів від нас. Кольська надглибока – своєрідний телескоп у загадковий внутрішній світпланети.

З початку XX століття вважалося, що Земля складається з кори, мантії та ядра. При цьому ніхто до ладу не міг сказати, де закінчується один шар і починається наступний. Вчені не знали навіть, з чого, власне, ці верстви складаються. Ще якихось 40 років тому вони були впевнені, що шар гранітів починається на глибині 50 метрів і продовжується до 3 кілометрів, а потім йдуть базальти. Зустріти мантію очікувалося на глибині 15-18 км. Насправді все виявилося зовсім інакше. І хоча у шкільних підручниках все ще пишуть, що Земля складається з трьох верств, вчені з Кольською надглибокою довели, що це не так.

Балтійський щит

Проекти подорожі в глиб Землі з'явилися на початку 60-х відразу в кількох країнах. Бурити свердловини намагалися в тих місцях, де кора мала бути тоншою - метою було досягнення мантії. Наприклад, американці бурили в районі острова Мауї, на Гаваях, де, за даними сейсмічних досліджень, древні породи виходять під океанське дно і мантія знаходиться приблизно на глибині 5 кілометрів під чотирикілометровою товщею води. На жаль, жодна океанська бурова глибша за 3 кілометри не пробилася. Взагалі майже всі проекти надглибоких свердловин містичним чином закінчувалися на трикілометровій глибині. Саме в цей момент із бурами починало відбуватися щось дивне: то вони потрапляли у несподівані надгарячі області, то їх начебто відкушував якийсь небачений монстр. Глибше за 3 кілометри прорвалися всього 5 свердловин, з них 4 - радянські. І лише Кольській надглибокій судилося подолати позначку 7 кілометрів.

Початкові вітчизняні проектитакож передбачали підводне буріння - у Каспійському морі чи Байкалі. Але в 1963 році вчений-буровик Микола Тимофєєв переконав Державний комітет з науки та техніки СРСР у тому, що потрібно створити свердловину на континенті. Хоча бурити доведеться незрівнянно довше, вважав він, свердловина буде набагато цінніша з наукового погляду, адже саме в товщі континентальних плитв доісторичні часивідбувалися найбільші переміщення земних порід. Точку буріння обрали на Кольському півострові невипадково. Півострів розташований на так званому Балтійському щиті, який складений із найдавніших відомих людствупорід.

Багатокілометровий зріз пластів Балтійського щита – наочна історія планети за останні 3 мільярди років.

Підкорювач глибин

Зовнішній вигляд Кольської бурової здатний розчарувати обивателя. Свердловина не нагадує шахту, яку малює нам уяву. Жодних спусків під землю, в товщу йде тільки бур діаметром трохи більше 20 сантиметрів. Уявний розріз Кольської надглибокої свердловини виглядає як тоненька голочка, що пронизала земну товщу. Бур із численними датчиками, що знаходиться на кінці голочки, піднімають і опускають протягом декількох днів. Швидше не можна: найміцніший композитний трос може обірватися під власною вагою.

Що відбувається в глибині, достеменно невідомо. Температура довкілля, шуми та інші параметри передаються вгору з хвилинним запізненням. Проте бурильники розповідають, що навіть такий контакт із підземеллям може не на жарт злякати. Звуки, що долинають знизу, і справді схожі на крики та завивання. До цього можна додати довгий списокаварій, що переслідували Кольську надглибоку, коли вона досягла глибини 10 кілометрів. Двічі бур діставали оплавленим, хоча температури, яких він може розплавитися, можна порівняти з температурою поверхні Сонця. Якось трос начебто смикнули знизу - і обірвали. Згодом, коли бурили у тому самому місці, залишків троса не виявилося. Чим були викликані ці та інші аварії, досі залишається загадкою. Втім, зовсім не вони спричинили зупинення буріння надр Балтійського щита.

12 000 метрів відкриттів та трохи чортівниці

«Маємо найглибшу дірку у світі - так треба користуватися!» – гірко вигукує незмінний директор науково-виробничого центру «Кольська надглибока» Давид Губерман. У перші 30 років існування Кольської надглибокої радянські, а потім російські вчені прорвалися на глибину 12 262 метри. Але з 1995-го буріння припинено: не було кому фінансувати проект. Того, що виділяється у межах наукових програмЮНЕСКО вистачає лише на підтримку бурової станції в робочому стані та вивчення раніше вилучених зразків порід.

Губерман із жалем згадує, скільки наукових відкриттіввідбулося на Кольській надглибокій. Буквально кожен метр був одкровенням. Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг. «До 4 кілометрів все йшло теоретично, а далі почалося кінець світу», - розповідає Губерман. Теоретики обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини щонайменше 15 кілометрів. Відповідно, свердловину можна буде рити майже до 20 кілометрів, якраз до мантії. Але вже на 5 кілометрах навколишня температура перевалила за 700C, на семи - за 1200C, а на глибині 12 смажило сильніше 2200C - на 1000C вище за передбачене. Кольські бурильники поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні в інтервалі до 12 262 метрів. У школі нас навчали: є молоді породи, граніти, базальти, мантія та ядро. Але граніти виявилися на 3 кілометри нижчими, ніж розраховували. Далі мали бути базальти. Їх узагалі не знайшли. Все буріння пройшло у гранітному шарі. Це надважливе відкриття, бо з теорією пошарової будови Землі пов'язані всі наші уявлення про виникнення та розміщення корисних копалин.

Ще один сюрприз: життя на планеті Земля виникло, виявляється, на 1,5 мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибинах, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів - вік глибинних верств перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях. Це повністю і повністю зруйнувало теорію біологічного походженнявуглеводнів, таких як нафта та газ

Були й майже фантастичні сенсації. Коли наприкінці 70-х років радянська автоматична космічна станціяпривезла на Землю 124 грами місячного ґрунту, дослідники Кольського наукового центру встановили, що він як дві краплі води схожий на проби з глибини 3 кілометрів. І виникла гіпотеза: Місяць відірвався від Кольського півострова. Тепер шукають де саме.

В історії Кольської надглибокої не обійшлося і без містики. Офіційно, як уже згадувалося, свердловина зупинилася через брак коштів. Збіг чи ні - але саме того 1995 року в глибині шахти пролунав найпотужніший вибухневстановленої природи. До жителів Заполярного прорвалися журналісти фінської газети - і світ потрясла історія про демон, що вилетів з надр планети.

«Коли мене про цю загадкової історіїпочали розпитувати в ЮНЕСКО, я не знав, що відповісти. З одного боку, нісенітниця собача. З іншого – я, як чесний учений, не міг сказати, що знаю, що саме у нас сталося. Був зафіксований дуже дивний гомін, потім був вибух… Через кілька днів нічого такого на тій самій глибині не виявилося», - згадує академік Давид Губерман.

Цілком несподівано для всіх підтвердилися прогнози Олексія Толстого з роману «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометрів виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота. Справжній пояс, геніально передбачений письменником. Золота у ньому 78 грамів на тонну. До речі, промисловий видобутокможлива при концентрації 34 грами на тонну. Можливо, вже в недалекому майбутньому людство зможе скористатися цим багатством.