В 2018 году вышел фильм датского режиссера Ларса фон Триера «Дом, который построил Джек», последняя часть которого («Эпилог: Спуск») показывает сверхглубокую точку Колы как пример попытки Советского Союза пробраться в ад. Название колодца не упоминается, но его образ узнаваем в летописи.
Оттуда грешники кричат: почему закрыли сверхглубокую Кольскую скважину
Система сверхтяжелых скважин в СССР была создана в начале 1960-х годов. Он был занесен в Книгу рекордов Гиннесса как самое глубокое проникновение человека в земную кору.
Планируется восстановить сверхглубокую Кольскую скважину в Заполярье — уникальный объект времен СССР, позволяющий ученым брать образцы горных пород с глубины более 12 км. В настоящее время весь технический комплекс скважины разрушен. Власти Мурманской области планируют отремонтировать его и привлечь туристов в Печенгский район. Система сверхглубокого бурения была разработана в СССР в начале 1960-х годов. Кольская скважина была третьей. С его помощью советские ученые сделали множество открытий о составе земной коры. Но почему работы были остановлены, а скважина заброшена в 1992 году? На эти вопросы эксперты ответили в программе «Тайны человечества» с Олегом Шишкиным на РЕН ТВ.
Подземные глубины
Ученые исследуют землю с помощью специального оборудования. Оборудование геофизических судов может делать трехмерные снимки рельефа моря и бурить скважины для добычи ресурсов на глубине 2,5 километра. Советские ученые разработали метод бурения на сверхглубоких водах во второй половине прошлого века. В качестве тестовой территории был выбран Кольский полуостров. В мае 1970 года началась разработка скважины в Мурманской области.
«Кольская неглубокая скважина — это советский эксперимент, в первую очередь для достижения границы Конрада. Это граница между гранитным и базальтовым слоем. А во-вторых, достичь уже глубокой границы между земной корой и мантией, которая, по оценкам ученых, находится на глубине около 15 километров», — объясняет геофизик Виктор Верхоянский.
Происхождение нефти
В 1997 году Кольская скважина была занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самое глубокое проникновение человека в земную кору. В ходе его развития исследователи сделали множество научных открытий. И это опровергло некоторые старые предположения. В том числе о происхождении нефти. Принято считать, что нефть является результатом деятельности живых организмов и представляет собой органический остаток. Скважина «Кола» обнаружила нефть на глубине восьми километров. Однако там не было обнаружено никаких органических остатков.
«Возможно, что нефть поступает из газообразных включений в земной коре, то есть это могут быть как мантийные флюиды, так и компоненты земной коры. Проблема в том, что живые организмы в этой теории не рассматриваются», — говорит Виктор Верхоянский.
Исследователи выделили в скважине 12 уровней, которые отличаются по физическим свойствам. Более глубокие уровни обычно имеют более высокую изотропию (однородность). В средних слоях высокая анизотропия указывает на тектоническую активность в слоях.
Зачем нужны скважины?
Вторая половина 20-го века характеризовалась растущей урбанизацией, появлением «общества потребления» и научно-технической революцией. Сегодня наука, применение принципиально новых технологий и автоматизация производства являются важнейшими факторами экономического роста и развития. Развивались такие наукоемкие отрасли, как электроника, ядерная энергетика и космические путешествия. Возросло значение сырьевых материалов, увеличилось использование алюминия, титана, нефти и газа.
Исследование глубинного строения земной коры стало чрезвычайно важным для дальнейшего развития горного дела. Кроме того, человечество могло получить ответы на многие вопросы, связанные с формированием планеты Земля и образованием месторождений полезных ископаемых.
По этой причине подобные бурения проводились по всему миру. Однако только советским специалистам удалось достичь глубины 12 262 метра. В США, например, средняя глубина бурения в то время достигала 9 600 метров, и американцы использовали буровые установки 6-8 М с давлением закачки 50 МПа.
Однако советским инженерам удалось разработать технологию, которая позволила пробурить скважину на запланированную большую глубину, используя буровую установку с меньшей грузоподъемностью — 5 МН — и давлением насоса (40 МПа).
Германия хотела повторить рекорд советских ученых на Кольском, но бурение было остановлено из-за аварий и технических причин. И в 1992 году работы на Кольской сверхглубокой скважине также были остановлены.
Им все же удалось побить рекорд Кольской скважины, но только по длине. Это наклонные скважины, пробуренные под острым углом для разработки крупных газовых и нефтяных месторождений. В 2008 году скважина BD-04A компании Maersk Oil была пробурена до длины 12 290 метров в нефтяном бассейне Аль Шахин в Катаре. В 2011 году этот рекорд уже был побит скважиной Одопту-море проекта «Сахалин-1» (длина 12 345 метров). В июне 2013 года на месторождении Чайво была пробурена скважина Z-42 (длина 12 700 метров).
Секрет советской технологии
Отличительной особенностью советской технологии было бурение скважины передовым методом турбинного бурения с использованием долот из алюминиевого сплава. Группа «Уралмашзавод» (Свердловск/под Екатеринбургом) создала это подразделение.
Были разработаны и использованы инструменты для разрушения горных пород и погружные двигатели, свойства которых соответствуют условиям на глубине, например, фрезы с герметичными, маслонаполненными подшипниками, турбокомпрессоры с редукторами, постоянно работающими в диапазоне оптимальных скоростей.
Разработано и внедрено оборудование для контроля работы турбобура, без которого невозможно бурение на глубину более 8-9 км. Появились высокопрочные (предел герметичности до 500 МПа) и термостойкие (до 200°C) трубы из легких сплавов, которые обеспечивают практически беспрепятственные условия эксплуатации при высоких скоростях входа и выхода бурового инструмента в скважину.
Анализ данных сверхглубокого бурения
Кольский полуостров состоит в основном из докембрийских кристаллических пород, которые также распространены в Финляндии, Швеции и Норвегии. Геологи потратили много лет на изучение геологического строения этого района.
В начале 1960-х годов идея глубокого изучения недр Земли приобрела все большее значение. В то время в СССР и США для поиска нефти и газа в осадочных бассейнах проводилось бурение на глубину от 7 до 9 километров. Однако эти бурения оказались неэффективными для изучения структуры и состава глубинной коры.
В 1965 году была разработана комплексная научно-техническая программа по изучению глубинного строения земной коры. В нем говорилось, что первоочередной задачей должно стать бурение трансгрессивных Кольской и Саатлинской скважин.
Аналогичная программа была разработана в США — проект Mohole, осуществляемый Национальным научным фондом, но американцев больше интересовало бурение в земной коре под Тихим океаном. Исследователи, работавшие над проектом, исходили из того, что толщина морского дна до поверхности Мохоровича (нижняя граница, отделяющая кору от мантии Земли) гораздо меньше, чем на суше. Проект назван в честь Андрия Мохоровичича, ученого, изучавшего земную кору и мантию.
Для бурения был выбран участок глубиной 3,5 км вблизи острова Гвадалупе. Всего было пробурено 5 пробных скважин глубиной 180 метров. Однако проект был прекращен из-за перерасхода средств.
В начале 1970-х годов были завершены подготовительные работы по бурению сверхглубокой Кольской скважины, и в мае 1970 года началось бурение Кольской скважины СГ-3. Через 10 лет глубина скважины составляла 10,7 км. Для организации бурения была создана Миссия по геологическому изучению Кольского комплекса для глубокого бурения. С 1992 года под руководством Дэвида Губермана он был преобразован в Кольский научно-производственный центр глубоководного бурения (НЦГБ).
В то время была получена уникальная геологическая и геофизическая информация о глубинном строении Балтийского щита. На основе прямого изучения минерально-геохимического состава породы керна и серии скважинных геофизических исследований были получены данные о вещественном составе и физическом состоянии глубинных пород, которые значительно отличаются от данных секционной модели, созданной на основе геофизических данных до начала бурения.
Они важны для прогнозирования скрытых месторождений руд железа, меди, никеля, слюды и редких металлов не только на Кольском полуострове, но и в других древних горных массивах.
На основе этих данных стала возможной и обоснованная интерпретация геофизического материала, что играет важную роль в разработке тектонических проблем геологии. Важный вклад был сделан в разработку тепловой модели формирования коры, которая учитывает реальный вклад эндогенного тепла.
Завершение строительства Кольской скважины на глубине 13 000 метров было призвано создать уникальную в мире физическую лабораторию для изучения процессов, происходящих в земной коре, проведения длительных наблюдений за температурным режимом, изучения условий и возможностей захоронения промышленных отходов на больших глубинах, испытания и совершенствования приборов и методов геолого-геофизических, геохимических и гидрогеологических исследований.
Американские ученые также пытались достичь нижних пределов земной коры. В конце 1950-х годов они пробурили скважину глубиной 3,5 километра в Тихом океане.
Балтийский щит
В начале 1960-х годов появились программы, позволяющие путешествовать вглубь Земли и посещать несколько стран одновременно. Идея заключалась в том, чтобы бурить в местах, где кора тоньше — цель заключалась в том, чтобы добраться до мантии Земли. Например, американцы бурили вокруг острова Мауи на Гавайях, где сейсмические исследования показали, что древние породы выступают из-под морского дна, а мантия Земли залегает примерно на пять километров ниже четырехкилометровой толщи воды. К сожалению, ни один океанский бур еще не проник на глубину более трех километров. В общем, почти все проекты чрезвычайно глубокого бурения таинственным образом заканчивались на глубине трех километров. В этот момент с буровиками происходило нечто странное: они неожиданно попадали в очень горячие точки или их кусало невидимое чудовище. Только 5 скважин проникли на глубину более 3 километров, 4 из которых были советскими. И только сверхглубокая Кольская скважина превысила 7 километров.
Оригинальные отечественные проекты также включали подводное бурение — в Каспийском море или озере Байкал. Но в 1963 году ученый-географ Николай Тимофеев убедил Государственный комитет СССР по науке и технике в необходимости бурения на континенте. Хотя бурение займет несравненно больше времени, он считал, что скважина будет гораздо более ценной с научной точки зрения, поскольку великие движения земной породы в доисторические времена происходили в глубине континентальных плит. Место для чрезвычайно глубокой скважины на полуострове Кола было выбрано не случайно. Полуостров находится в так называемом Балтийском щите, который состоит из самых древних пород, известных человечеству.
Поперечный срез Балтийского щита длиной в несколько километров является наглядным свидетельством истории планеты за последние 3 миллиарда лет. Ученые хотят прочитать его с помощью сверхглубокой скважины Кола
Покорительница глубин и самая глубокая скважина в мире
Внешний вид колодца Cola разочаровал обычного человека. Колодец был совсем не похож на те шахты, которые можно себе представить. Подземных шахт не было, только скважина диаметром чуть более 20 см, ведущая на глубину. Воображаемый участок сверхглубокой скважины «Кола» выглядел как крошечная игла, вонзающаяся в глубину земли. Бур с многочисленными датчиками на кончике иглы поднимали и опускали в течение нескольких дней. Он не мог ехать быстрее: прочный композитный кабель сломался бы под собственным весом.
Что происходило на глубине, неизвестно. Температура окружающей среды, шум и другие параметры передавались вверх с минутной задержкой. Однако буровики рассказали нам, что даже такой контакт с землей может быть пугающим. Звуки, доносившиеся снизу, были похожи на крики и вой. Существует также длинный список аварий, произошедших после Кольской сверхглубокой скважины на глубине 10 километров. Дважды бур выходил расплавленным, хотя температура, выше которой он может расплавиться, сравнима с температурой поверхности Солнца. Когда-то это выглядело так, как будто кабель был выдернут — и перерезан — снизу. Когда затем в том же месте было проведено бурение, остатков кабеля обнаружено не было. Причина этих и многих других несчастных случаев до сих пор остается загадкой. Однако они не привели к прекращению бурения на Балтийском щите.
12 000 метров открытий и немного чертовщины
«У нас самая глубокая скважина в мире — вот способ ее эксплуатации», — с горечью говорит Дэвид Хуберман, бессменный директор Кольского сверхглубокого научно-производственного центра. За первые 30 лет существования Кольской сверхглубокой скважины советские, а затем и российские ученые проникли на глубину 12 262 метра. Но с 1995 года бурение остановилось, потому что никто не в состоянии финансировать проект. Средств, выделяемых в рамках научных программ ЮНЕСКО, едва хватало на поддержание буровой станции в рабочем состоянии и изучение взятых образцов горных пород.
Губерман с сожалением вспоминает о многих научных открытиях, сделанных на Кольской сверхглубокой. Буквально каждый метр был откровением. Бурение показало, что почти все наши прежние знания о структуре земной коры были ошибочными. Оказалось, что Земля не похожа на слоеный пирог. «До четырех километров все шло согласно теории, но после этого начался бардак», — говорит Хуберман. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита будет оставаться относительно низкой по крайней мере до 15 километров под поверхностью. Таким образом, скважина может быть пробурена на глубине менее 20 километров, то есть до мантии Земли. Но уже на глубине 5 километров температура окружающей среды превышала 700°C, на семи километрах — 1200°C, а на глубине 12 километров — более 2200°C — на 1000°C больше, чем прогнозировалось. Ученые, работающие над Кольской сверхглубокой скважиной, поставили под сомнение теорию о слоистой структуре земной коры — по крайней мере, в районе до 12 262 метров. В школе нас учили, что существуют молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на три километра ниже, чем ожидалось. Предполагалось, что базальты находятся дальше. Они вообще не были найдены. Все бурение было выполнено в гранитном слое. Это сверхважное открытие, потому что все наши представления о происхождении и местонахождении минералов связаны с теорией слоистой структуры Земли.
Согласно открытиям ученых на Кольской суперглубине, последовательность слоев земной коры выглядит следующим образом:
- мета-осадочные и пикритические
- мета-осадочные породы
- крупные вторжения
- гнейсы и мигматиты
- амфиболиты
- кристаллические сланцы
Еще один сюрприз: жизнь на Земле, похоже, зародилась на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предсказывалось. Четырнадцать видов окаменелых микроорганизмов были обнаружены на глубине, считавшейся лишенной органического материала, возрастом более 2,8 миллиарда лет. На еще большей глубине, где осадочные породы уже не существуют, исследователи Кольского суперглубокого месторождения обнаружили метан в огромных концентрациях. Это полностью опровергло теорию биологического происхождения углеводородов, таких как нефть и газ.
На аудиофорумах мы обнаружили сам первоисточник — отрывок из фильма ужасов 1972 года «Кровавый барон» (см. на kp.ru). Это крики людей, которых действительно пытали, но — в пыточной камере богатого садиста. Таким образом, запись явно земного происхождения.
Цели и задачи, поставленные при бурении СГ-3
Изучение глубинного строения Печенгского никелевого комплекса и архейского кристаллического фона Балтийского щита в районе Кольского полуострова, а также уточнение характеристик геологических процессов, включая рудообразующие процессы.
Уточнить геологическую природу сейсмических границ в континентальной коре и получить новые данные о подповерхностном тепловом режиме, глубоководных растворах и газах.
Получить как можно больше информации о вещественном составе пород и их физическом состоянии, а также вскрыть и изучить пограничную зону между гранитным и базальтовым слоями земной коры.
Совершенствование существующих и разработка новых методов и технологий глубокого бурения и методов комплексной геофизической разведки пород и руд на больших глубинах.
Хроника бурения
Кольская сверхглубокая скважина, 2007 год
Бурение началось 24 мая 1970 года и прошло относительно гладко до глубины 7 000 метров, вскрывая однородные, компактные граниты. Начиная с этой глубины, буровая головка проникала в менее устойчивые пласты породы. По мере проникновения в них скважина начала разрушаться, и образовались пещеры.
В результате буровая установка оказалась заблокированной скалой, и при попытке поднять буровую установку голова сорвалась. Потерянная часть буровой установки была зацементирована, и бурение продолжилось с перенаправленным долотом. Такие аварии продолжались, поэтому бурение продолжалось несколько лет, и конструкция скважины приобрела форму верхушки дерева с множеством ветвей.
6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший скважине Берт Роджерс (Оклахома). В период своего расцвета Кольская сверхглубокая скважина насчитывала 16 исследовательских лабораторий, которые лично курировал министр геологии СССР Александр Сидоренко.
В 1983 году они пробурили 12 066 метров, а затем сделали перерыв — для подготовки к Международному геологическому конгрессу, который должен был состояться в Москве в 1984 году. 27 сентября 1984 года бурение возобновилось. Во время первой поездки буровая установка сломалась в результате аварии. Бурение продолжалось до глубины 7 000 метров.
К 1990 году новая ветка достигла глубины 12 262 метра. Буровая установка снова сломалась, и бурение было остановлено. В 1994 году бурение было окончательно прекращено.
Из-за неравномерных трещин в породе, геологических неровностей и других причин скважина отклонилась от вертикальной буровой головки на максимальной глубине 840 метров.
В 1991 году скважина была занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самая глубокая скважина в мире.
Буровая установка
Первоначально скважина была пробурена с помощью установки Уралмаш-4 Е, которая используется для бурения с целью поиска и разведки нефти и газа. С глубины 7263 метра продолжилось бурение скважины Уралмаш-150002.
Помимо прочего, были учтены передовые методы бурения на большой глубине2:
Бурильная колонна ниже 2000 метров была изготовлена из легких труб из алюминиевого сплава (стальные трубы просто сломались бы из-за своего веса). Буровая установка весит около 200 тонн.
Турбобур — турбина длиной 46 метров, действующая под давлением бурового раствора, приводит в движение буровое долото.
Ствол керна — это съемная трубка внутри турбобура, которая используется для отбора проб керна.
Используемые сердечники изготовлены из обычного твердосплавного сплава. Бурение керна занимает около 4 часов, за которые можно пробурить 7-10 метров. Подъем и спуск буровых установок занимает до 18 часов. Затем буровая установка разбивается на секции с несколькими трубами.
Из-за неравномерных трещин в породе, геологических неровностей и других причин скважина отклонилась от вертикальной буровой головки на максимальной глубине 840 метров.
12 000 метров открытий и немного чертовщины
«У нас самая глубокая скважина в мире — вот способ ее эксплуатации», — с горечью говорит Дэвид Хуберман, бессменный директор Кольского сверхглубокого научно-производственного центра. За первые 30 лет существования Кольской сверхглубокой скважины советские, а затем и российские ученые проникли на глубину 12 262 метра. Но с 1995 года бурение остановилось, потому что никто не в состоянии финансировать проект. Средств, выделяемых в рамках научных программ ЮНЕСКО, едва хватало на поддержание буровой станции в рабочем состоянии и изучение взятых образцов горных пород.
Губерман с сожалением вспоминает о многих научных открытиях, сделанных на Кольской сверхглубокой. Буквально каждый метр был откровением. Бурение показало, что почти все наши прежние знания о структуре земной коры были ошибочными. Оказалось, что Земля не похожа на слоеный пирог. «До четырех километров все шло согласно теории, но после этого начался бардак», — говорит Хуберман. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита будет оставаться относительно низкой по крайней мере до 15 километров под поверхностью. Таким образом, скважина может быть пробурена на глубине менее 20 километров, то есть до мантии Земли. Но уже на глубине 5 километров температура окружающей среды превышала 700°C, на семи километрах — 1200°C, а на глубине 12 километров — более 2200°C — на 1000°C больше, чем прогнозировалось. Ученые, работающие над Кольской сверхглубокой скважиной, поставили под сомнение теорию о слоистой структуре земной коры — по крайней мере, в районе до 12 262 метров. В школе нас учили, что существуют молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на три километра ниже, чем ожидалось. Предполагалось, что базальты находятся дальше. Они вообще не были найдены. Все бурение было выполнено в гранитном слое. Это сверхважное открытие, потому что все наши представления о происхождении и местонахождении минералов связаны с теорией слоистой структуры Земли.
Согласно открытиям ученых на Кольской суперглубине, последовательность слоев земной коры выглядит следующим образом:
- мета-осадочные и пикритические
- мета-осадочные породы
- крупные вторжения
- гнейсы и мигматиты
- амфиболиты
- кристаллические сланцы
Еще один сюрприз: жизнь на Земле, похоже, зародилась на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предсказывалось. Четырнадцать видов окаменелых микроорганизмов были обнаружены на глубине, считавшейся лишенной органического материала, возрастом более 2,8 миллиарда лет. На еще большей глубине, где осадочные породы уже не существуют, исследователи Кольского суперглубокого месторождения обнаружили метан в огромных концентрациях. Это полностью опровергло теорию биологического происхождения углеводородов, таких как нефть и газ.
Демоны и ад Кольской сверхглубокой
Были также почти фантомные ощущения. Когда в конце 1970-х годов советская автоматическая космическая станция вернула на Землю 124 грамма лунного грунта, исследователи Кольского научного центра, работающие в самой глубокой в мире скважине, заметили, что они похожи на два образца с глубины 3 километра. И родилась гипотеза: Луна оторвалась от Кольского полуострова. Сейчас они ищут точное место. Кстати, американцы, которые привезли с Луны полтонны грунта, ничего толкового с ним не сделали. Они заполнили его в герметично закрытые контейнеры и оставили для изучения будущим поколениям.
История Kola Superdeep не была свободна от тайн. Официально, как уже упоминалось, скважина была закрыта из-за отсутствия средств. Совпадение или нет, но именно в 1995 году в недрах шахты раздался мощный взрыв неопределенного характера. Репортеры финской газеты обратились к жителям Заполярного — и мир был потрясен историей о демоне, вырвавшемся из недр планеты.
«Когда в ЮНЕСКО меня спросили об этой загадочной истории, я не знал, что ответить. С одной стороны, это был нонсенс. С другой стороны, как честный ученый, я не могу сказать, что точно знаю, что произошло. Был зафиксирован очень странный звук, а затем произошел взрыв. Через несколько дней на той же глубине не было найдено ничего сравнимого», — вспоминает ученый Дэвид Хуберман, руководитель работ на сверхглубокой Кольской скважине.
Предсказания Алексея Толстого неожиданно подтвердились в романе «Гипербола инженера Гарина». На глубине более 9,5 километров была обнаружена настоящая сокровищница минералов всех видов, особенно золота. Настоящий оливиновый слой, ловко предсказанный автором. В нем содержится 78 граммов золота на тонну. Кстати, промышленное производство возможно при концентрации 34 грамма на тонну. Возможно, человечество сможет извлечь выгоду из этого богатства в ближайшем будущем. Если это произойдет, то в основном благодаря сверхглубокому Кольскому месторождению.
