Максимальна глибина буріння землі історія. Криниця в пекло: чому було припинено буріння найглибшої свердловини

Займає перші позиції у списку "Надглибокі свердловини світу". Вона була пробурена для вивчення будови глибоких земних порід. На відміну від інших свердловин планети, ця була пробурена виключно з науково-дослідної точки зору і не використовувалася з метою видобутку корисних ресурсів.

Розташування Кольської надглибокої станції

Де знаходиться Кольська надглибока свердловина? Прона розташовується в Мурманської області, поблизу міста Заполярний (приблизно за 10 кілометрів від нього). Розташування свердловини є справді унікальним. Вона була закладена на території у районі Кольського півострова. Саме там, де земля щодня виштовхує на поверхню різні давні породи.

Поруч із свердловиною знаходиться Печенга-Імандра-Варзузький рифтогенний прогин, що утворився внаслідок розлому.

Кольська надглибока свердловина: історія появи

На честь столітнього ювілею з нагоди дня народження Володимира Ілліча Леніна у першій половині 1970 року було започатковано буріння свердловини.

24 травня 1970 року, після затвердження геологічною експедицією розташування свердловини, роботи було розпочато. До глибини приблизно близько 7 тисяч метрів все йшло легко та гладко. Після перетину семитисячного рубежу робота пішла складніше і стали відбуватися постійні обвали.

В результаті постійних обривів підйомних механізмів та обломів бурильних головок, а також регулярних обвалів стіни свердловини були піддані процесу цементування. Однак у зв'язку з постійними неполадками роботи тривали кілька років і йшли вкрай повільно.

6 червня 1979 року глибина свердловини перейшла кордон у 9583 метри, тим самим побивши світовий рекорд свердловини з видобутку нафти у Сполучених Штатах Америки Берта Роджерс, що у Оклахомі. У цей час у Кольській свердловині безперервно працювало близько шістнадцяти наукових лабораторій, а процес буріння контролювався особисто міністром геології Радянського СоюзуКозловським Євгеном Олександровичем.

У 1983 році, коли глибина Кольської понад глибокої свердловинидосягла 12066 метрів, роботи були тимчасово заморожені у зв'язку з підготовкою до Міжнародного геологічного конгресу 1984 року. Після закінчення роботи було відновлено.

Відновлення робіт випало на 27 вересня 1984 року. Але при першому спуску було обірвано бурову колону, і в черговий раз стався обвал свердловини. Роботи відновились із глибини близько 7 тисяч метрів.

1990 року глибина бурильної свердловини досягла рекордних 12 262 метрів. Після обриву чергової колони надійшов наказ припинити буріння свердловини та завершити роботи.

Сучасний стан Кольської свердловини

На початку 2008 року надглибока свердловина на Кольському півостровівважалася занедбаною, обладнання демонтували, і вже було запущено проект зі знесення наявних будівель та лабораторій.

На початку 2010 року директор Кольського геологічного інституту РАН повідомив, що в даний час свердловина зазнала процесу консервації та руйнується самостійно. З того часу питання про неї не порушувалося.

Глибина свердловини на сьогоднішній день

Нині Кольська надглибока свердловина, фото якої представлені до уваги читача у статті, вважається одним із наймасштабніших бурильних проектів на планеті. Її офіційна глибина складає 12263 метрів.

Звуки у Кольській свердловині

Коли бурильні установки переступили рубіж 12 тисяч метрів, робітники стали чути дивні звуки, що виходять із глибини. Спочатку вони не надавали цьому значення. Проте коли вся бурильна техніка завмирала, і в свердловині повисала труна тиша, долинали незвичайні звуки, які самі робітники називали «криками грішників у пеклі». Оскільки звуки надглибокої свердловинивважають досить незвичайними, було прийнято рішення записати їх за допомогою термостійких мікрофонів. Коли записи були прослухані, всі були вражені – вони були схожі на крики та вереск людей.

За кілька годин після прослуховування записів робітники знайшли сліди потужного вибуху раніше незвіданого походження. Роботи було тимчасово припинено до з'ясування обставин. Проте їх поновили вже за кілька днів. Знову спустившись у свердловину, всі з завмиранням серця чекали почути людські крики, але там стояла воістину гробова тиша.

Коли почався розгляд про походження звуків, почали ставити питання про те, хто і що чув. Вражені і налякані робітники намагалися уникати відповіді на ці запитання і лише відмахувалися фразою: «Я чув щось дивне…» Лише згодом велика кількістьчасу та після закриття проекту було висунуто версію, що звуки незвіданого походження - це звук руху тектонічних плит. Ця версія була згодом спростована.

Таємниці, якими огорнута свердловини

У 1989 році Кольська надглибока свердловина, звуки з якої розбурхують уяву людини, отримала назву «дорога в пекло». Легенда зародилася в ефірі американської телекомпанії, яка сприйняла першоквітневу статтю у фінській газеті про Кольську свердловину за дійсність. У статті йшлося про те, що кожен пробурений кілометр на шляху до 13-го приносив країні суцільні нещастя. Як говорила легенда, на глибині 12 тисяч метрів робітникам стали мерехтіти людські крики про допомогу, які були записані на надчутливі мікрофони.

З кожним новим кілометром на шляху до 13-го в країні відбувалися катаклізми, так на вищевказаному шляху розпався СРСР.

Також зазначали, що, пробуривши свердловину до 14,5 тисяч метрів, робітники натрапили на порожні «кімнати», температура в яких досягала 1100 градусів за Цельсієм. Опустивши в один із цих отворів один із термостійких мікрофонів, записали стогін, скрегіт і крики. Ці звуки отримали назву «голос пекла», а сама свердловина стала іменуватися не інакше як «дорога до пекла».

Однак незабаром сама ж дослідницька групаспростувала цю легенду. Вчені повідомили, що глибина свердловини на той момент була лише 12 263 метри, а максимально зафіксована температура дорівнює 220 градусів за Цельсієм. Незаперечним залишився лише один факт, завдяки якому має таку сумнівну славу Кольська надглибока свердловина – звуки.

Інтерв'ю з одним із робітників Кольської надглибокої свердловини

В одному з інтерв'ю, присвячених спростуванню легенди про Кольську свердловину, Давид Миронович Губерман сказав: «Коли мене запитують про правдивість цієї легенди та існування демона, якого ми там знайшли, я відповідаю, що це цілковита нісенітниця. Але, якщо бути чесним, я не можу спростувати той факт, що ми зіткнулися з чимось надприродним. Спершу нас почали турбувати незрозумілого походження звуки, потім був вибух. Коли ж ми заглянули в свердловину, на ту саму глибину, за кілька днів, все було абсолютно нормально…»

Яку користь принесло буріння Кольської надглибокої свердловини?

Звичайно, одним із головних плюсів появи цієї свердловини можна назвати значний прогрес у сфері буріння. Було розроблено нові способи та види буріння. Також персонально для Кольської надглибокої свердловини створено бурильне та наукове обладнання, яке застосовується і сьогодні.

Ще одним плюсом стало відкриття нового розташування цінних природних ресурсів, серед яких є і золото.

Головна наукова мета проекту дослідження глибинних верств землі було досягнуто. Було спростовано багато наявних теорій (зокрема і базальтовому шарі землі).

Кількість надглибоких свердловин світу

Всього на планеті налічується близько 25 надглибоких свердловин.

Більша їх частина знаходиться на території колишнього СРСР, Однак близько 8 розташовані по всьому світу.

Надглибокі свердловини, розташовані на території колишнього СРСР

На території Радянського Союзу була величезна кількість надглибоких свердловин, але особливо слід виділити такі:

Мурунтауська свердловина. У глибину свердловина сягає лише 3 тисячі метрів. Знаходиться в Республіці Узбекистан, у невеликому селі Мурунтау. Буріння свердловини почалося з 1984 року і досі не завершено.
Криворізька свердловина. У глибину сягає всього 5383 метрів із 12 тисяч задуманих. Буріння почалося 1984-го і закінчилося 1993 року. Розташуванням свердловини вважається Україна, околиці міста Кривий Ріг.
Дніпровсько-Донецька свердловина. Є землячкою попередньою і знаходиться в Україні, поблизу Донецької Республіки. Глибина свердловини на сьогоднішній день складає 5691 метр. Буріння почалося в 1983 році і продовжується до теперішнього часу.
Уральська свердловина. Має глибину 6100 метрів. Знаходиться в Свердловській областіпоблизу міста Верхня Тура. Роботи тривали протягом 20 років, починаючи з 1985-го і закінчуючи 2005 роком.
Біікжальська свердловина. Її глибина сягає 6700 метрів. Буріння свердловини проходило з 1962 по 1971 рік. Вона розташована на Прикаспійській низовині.
Аральсольська свердловина. Її глибина на сто метрів більша за Біікжальську і складає всього 6800 метрів. Рік буріння та розташування свердловини є повністю ідентичними із Бііжальською свердловиною.
Тімано-Печорська свердловина. Її глибина сягає 6904 метрів. Розташована в Республіці Комі. Якщо бути точнішим, то у Вуктильському районі. Роботи тривали близько 10 років, починаючи з 1984-го до 1993 року.
Тюменська свердловина. Глибина сягає 7502 метри з 8000 запланованих. Розташована свердловина поблизу міста та селища Коротчаєве. Буріння проходило з 1987 по 1996 рік.
Шевченківська свердловина. Була пробурена протягом одного 1982 з метою видобування нафти на Західній Україні. Глибина свердловини складає 7520 метрів. Розташована у Карпатському районі.
Ен-Яхінська свердловина. Має глибину 8250 метрів. Єдина свердловина, яка перевиконала план буріння (спочатку планувалося 6000). Розташовується на території Західного Сибіру, поблизу міста Новий Уренгой. Буріння тривало з 2000 по 2006 рік. В даний час була останньою надглибокою свердловиною в Росії.
Саатлінська свердловина. Її глибина складає 8324 метри. Буріння проводилося період із 1977-го по 1982 рік. Вона розташована в Азербайджані, за 10 кілометрів від міста Саатли, в межах Курської дуги.

Світові надглибокі свердловини

На території інших країн також є ряд надглибоких свердловин, які не можна залишити без уваги:

Швеція. Сільян Рінг завглибшки 6800 метрів.
Казахстан. Тасим Південно-Східний завглибшки 7050 метрів.
США. Бігхорн завглибшки 7583 метри.
Австрія. Цистердорф завглибшки 8553 метри.
США. Юніверсіті завглибшки 8686 метрів.
Німеччина. КТБ-оберпфальц глибиною 9101 метр.
США. Бейдат-Юніт завглибшки 9159 метрів.
США. Берта Роджерс завглибшки 9583 метри.

Світові рекорди з надглибоких свердловин у світі

У 2008 році світовий рекорд Кольської свердловини був побитий нафтовою свердловиною Маєрськ. Її глибина складає 12290 метрів.

Після цього було зафіксовано ще кілька світових рекордів надглибоких свердловин:

На початку січня 2011 року рекорд було побито свердловиною з видобутку нафти проекту «Сахалін-1», глибина якої сягає 12 345 метрів.
У червні 2013 року рекорд побитий свердловиною Чайвінського родовища, глибина якої становила 12 700 метрів.

Проте загадки та таємниці Кольської надглибокої свердловини до сьогоднішнього дняне розкриті та не пояснені. Щодо звуків, присутніх під час буріння, до сьогодні виникають нові теорії. Хто його знає, може, це справді плід бурхливої людської фантазії? Ну звідки тоді стільки очевидців? Може, незабаром знайдеться людина, яка дасть наукове поясненнятому, що відбувається, а можливо, свердловина так і залишиться легендою, яка переказуватиметься ще багато століть.

У 1970 році якраз до 100-річного ювілею Леніна радянські вчені розпочали один із найамбіційніших проектів сучасності. На Кольському півострові, за десять кілометрів від селища Заполярний, стартувало буріння свердловини, яка в результаті виявилася найглибшою у світі та увійшла до Книги рекордів Гіннесса.

Грандіозний науковий проектйшов понад двадцять років. Він приніс масу найцікавіших відкриттів, увійшов в історію науки, а під кінець обріс такою кількістю легенд, чуток і пліток, що вистачило б не на один фільм жахів.

Вхід у пекло

У часи свого розквіту бурова на Кольському півострові являла собою гігантську споруду висотою в 20-поверховий будинок. Тут працювало до трьох тисяч людей за зміну. Колектив очолювали головні геологи країни. Бурову вишикували в тундрі за десять кілометрів від селища Заполярний, і в полярній ночі вона сяяла вогнями, як космічний корабель.

Коли вся ця пишнота раптом закрилася і вогні згасли, одразу пішли чутки. За всіма мірками буріння відбувалося надзвичайно успішно. Нікому у світі ще не вдавалося досягти такої глибини – радянські геологи опустили бурю понад 12 кілометрів.

Раптове завершення вдалого проекту виглядало такою самою безглуздістю, як те, що американці закрили програму польотів на Місяць. У краху місячного проекту звинувачували інопланетян. У проблемах Кольської надглибокої - чортів і бісів.

Популярна легенда свідчить, що з високих глибин бур не раз діставали оплавленим. Жодних фізичних причинцьому не було - температура під землею не перевищувала 200 градусів за Цельсієм, а буря була розрахована на тисячу градусів. Потім аудіодатчики нібито почали вловлювати якісь стогін, крики та зітхання. Диспетчери, які стежили за показаннями приладів, скаржилися на почуття панічного страхута тривоги.

За легендою виходило, що геологи добурилися до пекла. Стогін грішників, екстремально високі температури, атмосфера жаху на буровій, - все це пояснювало, чому всі роботи на Кольській надглибокій раптово були згорнуті.

Багато хто ставився до цих чуток скептично. Однак у 1995 році, вже після зупинки робіт, на буровий прогримів потужний вибух. Що там могло вибухнути, не розумів ніхто, навіть керівник усього проекту, видний геолог Давид Губерман.

Сьогодні до занедбаної бурової ведуть екскурсії та розповідають туристам захоплюючу історію про те, як вчені пробурили дірку у підземне царствомертвих. Як по установці блукають примари, що стенають, а до вечора на поверхню вилазять біси і норовлять умикнути в прірву екстремалу, що зазівався.

Підземний Місяць

Насправді всю історію з «колодцем у пекло» було вигадано фінськими журналістами до 1 квітня. Їхню жартівливу статтю передрукували американські газетиі качка полетіла в маси. Багаторічне буріння Кольської надглибокої йшло без жодної містики. Але те, що відбувалося там у реальності, було цікавіше за будь-які легенди.

Почати з того, що надглибоке буріння за порідненням було приречено на численні аварії. Під гнітом гігантського тиску (до 1000 атмосфер) та високих температурне витримували бури, забивалась свердловина, ламалися труби, якими зміцнювали жерло. Число разів вузька свердловинавикривлялася так, що доводилося пробурювати нові відгалуження.

Найстрашніша аварія сталася невдовзі після головного тріумфу геологів. 1982 року вони змогли подолати позначку 12 кілометрів. Ці результати урочисто оголосили у Москві на Міжнародному геологічному конгресі. Геологів з усього світу привезли на Кольський півострів, показали їм бурову та зразки порід, здобуті на фантастичній глибині, до якої ще ніколи не добиралося людство.

Після святкування буріння продовжили. Однак перерва в роботах виявилася фатальною. 1984 року сталася найстрашніша аварія на буровій. Відірвалися і забили свердловину п'ять кілометрів труб. Продовжувати буріння не можна було. Одночасно було втрачено результати п'яти років роботи.

Довелося відновлювати буріння із 7-кілометрової позначки. Лише 1990 року геологам знову вдалося перевалити за 12 кілометрів. 12 262 метри – така остаточна глибина Кольської свердловини.

Але паралельно страшним аваріям чергою йшли й неймовірні відкриття. Глибоке буріння- Аналог машини часу. На Кольському півострові до поверхні підходять найдавніші породи, вік яких перевищує 3 мільярди років. Забираючись дедалі глибше, вчені отримали ясне уявлення у тому, що відбувалося нашій планеті за часів її молодості.

Насамперед виявилося, що традиційна схема геологічного розрізу, складена вченими, не відповідає реальності. «До 4 кілометрів все йшло по теорії, а далі почалося кінець світу», - розповідав потім Губерман.

За розрахунками, пробуривши шар граніту, потрібно було дістатися ще твердіших, базальтових порід. Але ніякого базальту не було. Після граніту йшли нещільні шаруваті породи, які постійно кришилися і ускладнювали рух углиб.

Натомість серед порід віком 2,8 мільярда років було знайдено скам'янілі мікроорганізми. Це дозволило уточнити час зародження життя Землі. На ще більших глибинах знайшли величезні поклади метану. Це прояснило питання виникнення вуглеводнів - нафти і газу.

А на глибині понад 9 кілометрів вчені виявили золотовмісний олівіновий шар, так яскраво описаний Олексієм Толстим у «Гіперболоїді інженера Гаріна».

Але найфантастичніше відкриття відбулося наприкінці 1970-х, коли радянська місячна станція привезла зразки. місячного ґрунту. Геологи з подивом побачили, що його склад повністю збігається із складом порід, здобутих ними на глибині 3 кілометри. Як це можливо?

Справа в тому, що одна з гіпотез походження Місяця припускає, що кілька мільярдів років тому Земля зіткнулася з якимось небесним тілом. Внаслідок зіткнення від нашої планети відколовся шматок і перетворився на супутник. Можливо цей шматок відірвався саме в районі нинішнього Кольського півострова.

Фінал

То чому ж таки закрили Кольську надглибоку?

По-перше, основні завдання наукової експедиції було виконано. Було створено, екстремальних умовпротестовано та помітно вдосконалено унікальне обладнання для буріння на великих глибинах. Зібрані зразки порід були детально досліджені та описані. Кольська свердловинадопомогла набагато краще зрозуміти будову земної корита історію нашої планети.

По-друге, сам час не сприяв подібним амбітним проектам. 1992 року наукової експедиції прикрили фінансування. Співробітники звільнилися та роз'їхалися додому. Але й сьогодні грандіозна будівля бурової та загадкова свердловина вражають своїми масштабами.

Іноді здається, що надглибока Кольська ще не вичерпала весь запас своїх чудес. У цьому впевнений і керівник знаменитого проекту. «Маємо найглибшу дірку у світі - так треба користуватися!» - вигукнув Давид Губерман.

Кольська надглибока свердловинаЗ кінця XIXстоліття 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 30 років тому дослідники були впевнені, що шар гранітів починається на глибині 50 метрів і триває до трьох кілометрів, а потім йдуть базальти. Мантія передбачалася на глибині 15-18 кілометрів.

Надглибока свердловина, яку почали бурити в СРСР на Кольському півострові, показала, що вчені помилялися...

Занурення на три мільярди років

Проекти подорожі в глиб Землі з'явилися на початку 1960-х років відразу в кількох країнах. Першими почали бурити надглибокі свердловини американці, причому вони намагалися робити це в таких місцях, де, за даними сейсмічних досліджень, земна кора мала бути тоншою. Ці місця, згідно з розрахунками, знаходилися на дні океанів, а найперспективнішим вважався район поблизу острова Мауї з групи Гавайських, де стародавні породи залягають під океанським дном і земна мантія знаходиться приблизно на глибині п'яти кілометрів під чотирьох кілометрової товщої води. На жаль, обидві спроби пробитися крізь земну кору тут закінчилися невдачею на глибині трьох кілометрів.

Перші 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 наукової точкизору. Місце буріння обрали на Кольському півострові, розташованому на так званому Балтійському щиті, що складається з найдавніших відомих людствуземних порід. Багатокілометровий зріз пластів щита мав, за задумом вчених, показати картину історії планети за останні три мільярди років.

Все глибше, і глибше, і глибше.

Початок робіт після майже п'ятирічної підготовки був присвячений 100-річчю від дня народження В.І. Леніна у 1970 році. До проекту розпочали ґрунтовно. На свердловині працювало 16 науково-дослідних лабораторій, кожна розміром із середній завод; проект займався особисто міністром геології CCCР Пересічні співробітники отримували потрійну зарплату. Усім була гарантована квартира у Москві чи Ленінграді. Не дивно, що потрапити на Кольську надглибоку було набагато складніше, ніж у загін космонавтів.

Зовнішній вигляд свердловини був здатний розчарувати стороннього спостерігача. Жодних ліфтів і гвинтових сходів, що ведуть у глиб Землі. Під землю йшов тільки бур діаметром трохи більше 20 сантиметрів. Взагалі, Кольську надглибоку можна уявити як тонку голку, що пронизує земну товщу. Бур, що знаходився на кінці цієї голки, з численними датчиками після декількох годин роботи піднімали майже цілу добу для огляду, зняття показань і ремонту, і добу ж потім опускали. Швидше не можна: найміцніший композитний трос (бурова колона) міг обірватися під власною вагою.

Що відбувалося на глибині в момент буріння, достеменно було невідомо. Температура довкілля, шуми та інші параметри передавалися вгору з запізненням. Проте бурильники розповідали, що навіть такий контакт із підземеллям іноді лякав не на жарт. Звуки, що долинали знизу, були 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, від яких він міг набути такого вигляду, 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.

У 1983 році, коли глибина свердловини досягла 12066 метрів, роботи тимчасово припинили: вирішено було підготувати матеріали з надглибокого буріння до Міжнародного геологічного конгресу, який планувалося провести в 1984 році в Москві. На ньому зарубіжні вчені вперше дізналися про існування Кольської надглибокої, всі відомості про яку були доти засекречені. Відновились роботи 27 вересня 1984 року. Проте за першого ж спуску бура сталася аварія - знову обірвалася бурова колона. Продовжувати буріння довелося з глибини 7000 метрів, створюючи новий ствол, і до 1990 року це нове відгалуження досягло позначки 12 262 метри, що стало абсолютним рекордом для надглибоких свердловин, побитим лише 2008 року. Буріння було зупинено 1992-го, цього разу, як виявилося, назавжди. На подальші роботи не було коштів.

Відкриття та знахідки

Відкриття, зроблені на Кольській надглибокій, здійснили справжній переворот у знаннях про будову земної кори. Теоретики обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини щонайменше 15 кілометрів. Отже, свердловину можна бурити чи не до 20 кілометрів, якраз до мантії. Але вже на п'ятому кілометрі температура перевалила за 700°С, на сьомому - за 1200°С, а на глибині дванадцяти смажило сильніше за 2200°С.

Кольські бурильники поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні в інтервалі до 12 262 метрів. Вважалося, що є поверхневий шар (молоді породи), потім мають йти граніти, базальти, мантія та ядро. Але граніти виявилися на три кілометри нижчими, ніж розраховували. Базальтів, які мали залягати під ними, не знайшли взагалі. Неймовірним сюрпризом для вчених стала велика кількість тріщин і порожнин на глибині понад 10 кілометрів. У цих пустотах бур розгойдувався як маятник, що призводило до серйозних труднощів у роботі через його відхилення від вертикальної осі. У порожнечах було зафіксовано наявність пар води, які переміщалися там з високою швидкістю, немов переносні якимись невідомими насосами. Ці пари і створювали ті самі звуки, які тремтіли бурильників.

Цілком несподівано для всіх підтвердилася гіпотеза письменника Олексія Толстого про олівіновий пояс, висловлена в романі «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометра виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота, якого виявилося 78 грамів на тонну. До речі, промисловий видобутокздійснюється при концентрації 34 грами на тонну.

Ще один сюрприз: життя на Землі виникло, виявляється, на півтора мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибинах, де, як вважалося, ніякої органіки не може бути, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів (вік цих верств перевищував 2,8 мільярда років). На ще більших глибинах, де вже немає осадових порід, з'явився метан високих концентраціях, що остаточно спростувало теорію біологічного походженнявуглеводнів, таких як нафта та газ.

Не можна не згадати про відкриття, зроблене при порівнянні місячного ґрунту, доставленого радянською космічною станцієюнаприкінці 70-х років з поверхні Місяця і проб, взятих на Кольській свердловині з глибини 3 кілометри. Виявилося, ці проби схожі на дві краплі води. Деякі астрономи побачили в цьому доказ того, що колись Місяць відколовся від Землі внаслідок катаклізму (можливо, зіткнення планети з великим астероїдом). Однак, на думку інших, ця схожість свідчить лише про те, що Місяць утворився з тієї ж газопилової хмари, що і Земля, і на початкових геологічних етапах вони «розвивались» однаково.

Кольська надглибока випередила свій час

Кольська свердловина показала, що в глиб Землі можна пройти і на 14 і навіть на 15 кілометрів. Однак одна така свердловина навряд чи здатна дати принципово нові знання про земну кору. Для цього потрібно ціла мережасвердловин, пробурених у різних точках земної поверхні. Але часи, коли надглибокі свердловини буріли з чисто науковими цілями, здається, пройшли. Занадто дороге це задоволення. Сучасні програмиНадглибоке буріння вже не настільки амбітні, як раніше, і переслідують практичні цілі.

Головним чином це відкриття та видобуток корисних копалин. У США вже зараз видобуток нафти та газу з глибин 6-7 кілометрів стає звичною справою. У майбутньому з таких рівнів почне качати вуглеводневу сировину та Росія. Однак і ті свердловини, що буряться зараз, приносять чимало цінної інформації, яку геологи прагнуть узагальнити для отримання цілісної картини хоча б поверхневих шарів земної кори. Але те, що лежить нижче, ще довго буде загадкою. Розкрити її за допомогою найсучаснішої наукової апаратури можуть лише вчені, які працюють на надглибоких свердловинах, подібних до Кольської. Такі свердловини в майбутньому стануть для людства своєрідними телескопами в таємничий підземний світ планети, про який нам відомо не більше, ніж про віддалені галактики.

Сьогодні наукові дослідження людства дісталися рубежів Сонячної системи: ми висаджували космічні апаратина 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 породибули 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 аварійзмусила 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, які мали великою кількістютріщин і низькою щільністю, чого не можна було очікувати від багатокілометрової глибини. Більш тогоУ 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. В якості нової метигеологи вибрали точку в Індійський океан, 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