深井鉆探：揭開(kāi)地球深處的秘密

我們常仰望星空，夢(mèng)想飛越天際，也常眺望大海，期待遨游深淵，卻總是忽視腳下的土地。在當(dāng)今“上天、入地、下海、登極”四大科研領(lǐng)域，航空航天、深海探測(cè)與極地科考發(fā)展迅速，對(duì)地下的研究卻始終困難重重。

為何會(huì)有人說(shuō)“上天容易入地難”？向地球深部進(jìn)軍，究竟面臨哪些難以逾越的障礙？我們目前已經(jīng)取得了哪些突破呢？

向下，再向下

從古至今，人類(lèi)從未停止探索大自然的腳步。對(duì)于多數(shù)時(shí)間只生活在地球表層的人類(lèi)而言，所接觸到的事物大都只存在于地表，因此，人類(lèi)對(duì)地球內(nèi)部究竟是什么樣充滿(mǎn)了好奇，也一直致力于探索地球內(nèi)部的世界。所以，才會(huì)有“上窮碧落下黃泉”之說(shuō)。

井，或許是人類(lèi)對(duì)地下世界的最初探索方式。

井是我們生活中常見(jiàn)的一種工程設(shè)施。早在遠(yuǎn)古時(shí)期，為了獲取相對(duì)更安全的飲用水，人類(lèi)鑿地開(kāi)挖垂直向下的深穴，于是就有了水井。后來(lái)，為了采鹽，人們又開(kāi)鑿了鹽井，為了采礦而開(kāi)鑿了礦井。人類(lèi)對(duì)地下深層的探索欲望永無(wú)止境，鉆的井也越來(lái)越深，從最初的幾米、幾十米一直到上千米。這一口口井就像一根根打入地下的“巖石探針”，幫助人們探尋地球深處的秘密。

我國(guó)四川省自貢市的鹽井可謂古代深井鉆探的典范。當(dāng)?shù)厝擞弥耋K將若干杉木捆扎起來(lái)做成支架，豎立在鹽井的井口，人稱(chēng)天車(chē)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自貢的鹽井天車(chē)曾經(jīng)數(shù)以萬(wàn)計(jì)，這些鱗次櫛比的天車(chē)成為自貢鹽場(chǎng)的一道奇觀(guān)。在清朝咸豐、同治年間，自貢的天車(chē)數(shù)量達(dá)到鼎盛時(shí)期，當(dāng)?shù)啬戤a(chǎn)食鹽近30萬(wàn)噸，可供全國(guó)1/10的人口食用，自貢因此獲得“鹽都”之名。迄今，自貢還保留著一座名為“燊海井”的著名鹽井。這口鹽井始建于清道光十五年（1835年），井位海拔341.4米，井深1001.42米，是世界上第一口深度超過(guò)千米的深井。當(dāng)時(shí)，開(kāi)鑿鹽井采用的是北宋慶歷年間的工匠們發(fā)明的沖擊式（頓鉆）鑿井法，即利用鉆頭自由下落的沖擊力，擊碎巖石，并使鹽井不斷加深。該工藝開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)機(jī)械鉆井技術(shù)的先河，在傳到西方后，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探活動(dòng)中。

地下有什么

地下1米是地鼠居住的最大深度；地下2米是普通人墓地的深度；地下18米，一般是能防核武器的防空洞的深度……繼續(xù)向下挖，還會(huì)出現(xiàn)什么呢？

地下60米有世界上最深的游泳池。有條件的小伙伴可以去迪拜感受一下這個(gè)極具賽博朋克風(fēng)的超酷地下游泳池。

地下85米是8世紀(jì)在土耳其發(fā)現(xiàn)的一座古老的地下多層城市的深度。

地下100米是人類(lèi)掩埋放射性物質(zhì)的深度。

地下155米有世界上最深的薩拉銀礦酒店。那里雖然沿途風(fēng)景優(yōu)美，想要如廁卻是個(gè)大問(wèn)題，可以說(shuō)是花錢(qián)找罪受。

地下392米有英國(guó)人挖的一口純?nèi)斯に彩鞘澜缟献钌畹乃?/p>

地下688米有智利人修建的圣何塞銅礦。

在地下1410米，居然有芬蘭人打造的地下演唱會(huì)，據(jù)說(shuō)，還創(chuàng)造了吉尼斯世界紀(jì)錄。

地下2438米有世界上最深的人造隧道——圣哥達(dá)機(jī)械隧道。穿梭在這樣的隧道中，會(huì)不會(huì)令人有一種穿越時(shí)空的夢(mèng)幻感？

地下3900米處有世界上最深的礦井。在幾千米深的海洋中，生活著很多生物，但在地下幾千米深處想找到活物，則相當(dāng)困難。當(dāng)科學(xué)家在3900米深的地下發(fā)現(xiàn)一種線(xiàn)蟲(chóng)時(shí)，感到十分驚訝。這個(gè)深度也是人類(lèi)能抵達(dá)的最大深度，再往下，就只有開(kāi)采資源的鉆井了。

在地下9000米深的地方，會(huì)開(kāi)采到大量的黃金。如果你有這個(gè)能力的話(huà)，下一個(gè)世界首富就是你。

“打洞”會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害嗎

深井鉆探可能會(huì)對(duì)地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，但通常不會(huì)顯著改變整體的地層結(jié)構(gòu)或誘發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)活動(dòng)。其原因在于，地層結(jié)構(gòu)是由長(zhǎng)期的地質(zhì)作用形成的，具有相對(duì)的穩(wěn)定性，而鉆探本身是一個(gè)局部性的活動(dòng)，其影響范圍有限，在鉆探過(guò)程中，鉆頭會(huì)穿過(guò)不同的巖層，對(duì)巖層產(chǎn)生的擾動(dòng)通常僅限于鉆頭周?chē)妮^小區(qū)域。盡管如此，深井鉆探仍要想方設(shè)法避免在某些特殊情況下加劇地質(zhì)活動(dòng)。因此，在進(jìn)行深井鉆探時(shí)，需要制定合理的鉆探方案和安全措施，以確保鉆探活動(dòng)的安全性和可控性。

為保障國(guó)家能源安全，我國(guó)在油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域?qū)嵤┑摹吧畹毓こ獭苯陙?lái)也取得了一系列新突破。在油氣資源豐富的四川盆地已經(jīng)完成8口8000米以上超深井、2口9000米以上特深井的鉆探工作。2023年2月13日完成鉆探任務(wù)的蓬深6井（位于四川省綿陽(yáng)市鹽亭縣境內(nèi)）最深達(dá)到9026米，刷新亞洲最深直井紀(jì)錄。在新疆塔里木盆地，深度超過(guò)8000米的油氣井已經(jīng)有160口。2023年5月30日，位于新疆塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井開(kāi)鉆，該井設(shè)計(jì)井深11100米。盡管深井鉆探面臨著高溫、高壓等重重困難，舉步維艱，每鉆進(jìn)1米都充滿(mǎn)了風(fēng)險(xiǎn)，但技術(shù)人員憑借精湛的專(zhuān)業(yè)能力和驚人的毅力朝著萬(wàn)米深度挺進(jìn)，終于在2024年3月4日突破10000米。這不僅為我國(guó)今后進(jìn)軍萬(wàn)米深地提供核心技術(shù)和裝備儲(chǔ)備，也再次證明中國(guó)深地探測(cè)系列技術(shù)已跨入世界前列。

深井鉆探面臨的挑戰(zhàn)

或許有人會(huì)覺(jué)得，鉆探不就是一臺(tái)機(jī)器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的鉆桿朝著地下打洞嘛，這有何難？事實(shí)上，隨著鉆探的深度不斷增加，施工難度會(huì)越來(lái)越大，成本也越來(lái)越高。深井鉆探面臨的首要問(wèn)題就是高溫。在地球上，從地表向下，隨著深度的增加，溫度不斷升高，平均每深入100米，溫度大約會(huì)上升3℃。如果鉆到10千米深，此處的溫度高達(dá)300℃以上，這還不算鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)與巖石摩擦產(chǎn)生的熱量。這意味著，無(wú)論是鉆頭還是鉆桿都要面臨極大的考驗(yàn)，由于鉆頭和靠近鉆頭的鉆桿部分經(jīng)受不住長(zhǎng)時(shí)間的高溫，經(jīng)常會(huì)變形乃至斷落。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在4000米以?xún)?nèi)的鉆探，平均每鉆進(jìn)80米就要更換一個(gè)新的金剛石鉆頭。因此，向下鉆探需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和高昂的費(fèi)用。此外，在鉆探過(guò)程中還經(jīng)常遇到鉆進(jìn)方向傾斜或彎曲、因孔壁不穩(wěn)定而發(fā)生坍塌等諸多技術(shù)難題。所以有專(zhuān)家直言不諱地說(shuō)：“表面上看是打一口井，實(shí)際上卻是在考驗(yàn)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力和整個(gè)科技的發(fā)展水平。”

正因?yàn)槿绱耍钽@一直是世界難題。1961年，美國(guó)曾開(kāi)展過(guò)一項(xiàng)大規(guī)模的鉆探計(jì)劃，該計(jì)劃以地球物理學(xué)家莫霍洛維奇的名字命名，人稱(chēng)“莫霍計(jì)劃”。該計(jì)劃原本想在海底選定某些地點(diǎn)向下鉆探，期望穿透地殼，直達(dá)地幔。施工人員在墨西哥灣西海岸水深3558米的海底一共鉆了5口深海鉆井，其中最大井深為183米，距離鉆透地殼這一目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。最后，由于專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力不足，加上經(jīng)費(fèi)原因，該計(jì)劃于1966年以失敗而告終。

鉆探就像外科醫(yī)生的“手術(shù)刀”，深入地球內(nèi)部取出某些“組織”供科學(xué)家化驗(yàn)。雖然現(xiàn)在的地質(zhì)學(xué)家可以利用地震波對(duì)地球進(jìn)行“CT掃描”并推斷出地層深部結(jié)構(gòu)，但相比較而言，鉆探更直接、更準(zhǔn)確。我們相信，未來(lái)的鉆探技術(shù)一定能夠突破重重困難，帶領(lǐng)我們揭開(kāi)地球深處的秘密。

（摘自《百科知識(shí)》2024年第9期）