1970年,前蘇聯在科拉半島啟動了一項被稱為“超深井”(俄語:Сверхглубокие скважины)的大型科學鉆探計劃,此次計劃中的一個編號為“SG-3”的鉆孔,被稱為科拉超深鉆孔,其垂直深度達到了12262米,是迄今為止到達地球最深處的人造物。
那么問題來了,既然已經鉆得這么深了,為什么不接著鉆呢?是什么阻止了人類繼續往下?12262米深發生了什么,讓地球最深人造物止步于此?下面我們就來聊一下這個話題。
相信有不少人都會將科拉超深鉆孔想象成一個深不見底的大洞,就像這樣:
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然而事實卻是,這個鉆孔要比想象中小得多,其上部直徑約92厘米,下部直徑約21.5厘米,它的井口其實是長這樣的:
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在傳統鉆探中,鉆頭的轉動主要靠地面鉆機,即地面電機帶動整根鉆桿旋轉,鉆桿再把扭矩一路傳遞到井底,但想要鉆到地下1萬多米的深度,這樣的方法卻行不通。
因為隨著深度的增加,鉆桿和井壁之間的摩擦會吞掉越來越多的能量,更重要的是,鉆桿本身會發生形變,當深度達到一定程度時,如果整根鉆桿一起轉,就極易發生斷裂。
為了解決這個問題,工程師們采用了一種被稱為孔底動力鉆探的技術,其原理簡單來講就是,上面的鉆桿不轉,只有最底部的鉆頭轉,他們利用高壓泵將特制的鉆井液壓入孔底,通過鉆井液產生的液壓動力驅動鉆頭旋轉,而上面的鉆桿只是起到支撐和輸送液壓動力的作用。
在科拉超深鉆孔中,鉆探工作被切分成許多階段,每鉆到一個相對穩定的深度區間,就會下放套管,把已經完成的孔段固定住,然后再繼續往下鉆。
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剛開始的時候,似乎一切都在工程師們的掌控之中,但隨著深度增加,情況卻漸漸發生了變化。
真正的轉折點,出現在大約7000米的深度,在這個深度,溫度上升速度開始明顯快于此前的理論預測,井下設備的工作狀態變得不穩定,鉆井液的性能開始下降,鉆頭和鉆桿的磨損速度大幅提高。
當深度突破1萬米后,井底溫度已經接近200攝氏度,在這樣的溫度下,金屬會軟化,橡膠密封會老化,電子元件會失靈,那些原本在實驗室中表現可靠的設備,在井下往往堅持不了多久。
與此同時,另一個更大的問題開始顯現出來,那就是深部巖石在高溫高壓下,表現出類似塑性材料的特性。
它們不再是堅硬、脆裂的狀態,而是會緩慢地發生形變,這直接導致鉆孔壁開始向內擠壓,原本鉆出的空間在不知不覺中被“吞噬”。鉆桿被卡住、井壁變形、孔徑縮小,這些問題頻繁出現,使得每一次往下推進都伴隨著很高的風險。
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更出乎所有人意料的是,在傳統理論中,如此深度的巖石應該已經極度致密,不可能存在自由流動的水,然而在實際鉆探中,工程團隊多次遇到高壓水突然涌出的情況,這大幅提升了發生失控事故的風險。
在接下來的時間里,為了應對不可預測的風險,鉆井方案變得越來越保守,一旦監測到異常信號,鉆探工作就會立即暫停,在排除了安全隱患之后再繼續進行。
盡管如此,事故仍然不可避免,特別是在1984年,當時鉆深已經達到了12066米,然而在提升鉆桿的過程中,由于機械故障和巖石卡死,一截長度大約為5000米的鉆桿直接斷在了孔里。在經過仔細研究之后,人們最終忍痛割愛,從大約7000米的深度重新斜向開鉆。
隨著時間推移,工程的進度也越來越慢,以至于到了后期,每向下推進幾十米,都需要數月的準備,而深度的繼續增加也使得工程消耗越來越大,一個昂貴的合金鉆頭往往只能工作幾個小時,甚至幾十分鐘就會報廢。
最終,當鉆孔深度達到12262米時,工程團隊已經清楚地意識到,繼續往下所需付出的代價,已經超過了當時技術和現實條件所能承受的范圍,在此基礎上,再加上前蘇聯的解體,于是在1994年的時候,整個鉆探計劃宣告終止,而科拉超深鉆孔也從此成為了地球最深人造物。
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值得一提的是,有傳言稱前蘇聯原本是想在此次計劃中鉆穿地球,但當鉆到12262米深時,鉆頭鉆到了一個巨大的空洞,研究人員放入了耐熱麥克風,錄到了某種巨大的“慘叫聲”,仿佛打開了地獄之門,于是在恐懼之中,該計劃被終止了。
不得不說,這樣的傳言確實有點嚇人。然而實際情況并不是這樣,首先來講,該計劃的預定最大深度也只是15000米,而不是鉆穿地球。
另一方面,在地下1萬多米的深處,巨大的壓力是不允許存在“巨大空洞”的(即便有空隙,也會被具有塑性的巖石和泥漿瞬間填滿),而那個所謂的“慘叫錄音”,后來也被證實是由恐怖電影的音效剪輯而成的。
所以真正阻止了人類繼續往下的,其實是地球內部的極端環境,在科技水平的限制下,12262米深可以說是當時能夠達到的極限了。或許在不遠的未來,隨著科技的不斷進步,人類將有機會再次向地球深處發起新的挑戰。
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