Скважина, которая перевернула представления о Земле
Ровно пятьдесят лет назад на Кольском полуострове начали бурить сверхглубокую скважину. Этот амбициозный научный проект попал в Книгу рекордов Гиннесса как "самое глубокое вторжение человека в земную кору" - 12 262 метра. Советские ученые хотели добраться до границы коры и мантии.
В начале 1960-х годов в СССР создавали систему сверхглубоких скважин. Кольская была третьей по счету, поэтому ей присвоили код СГ-3. Всего до 2000-х заложили четырнадцать таких скважин и только одну из них, Кольскую, бурили не ради разведки или добычи полезных ископаемых, а в чисто научных целях.
О том, как это было, рассказал бывший министр геологии СССР, доктор технических наук, профессор Евгений Козловский, лично курировавший проект:
"Кольская сверхглубокая скважина появилась в результате серьезных научных споров. Решению предшествовало большое совещание ученых и представителей геологической отрасли. Разговор шел о целом ряде сверхглубоких скважин в тех геологических структурах на территории Советского Союза, глубинное строение которых надо было уточнить. Мы обосновали необходимость такой работы".
На Кольском полуострове на поверхность выходят очень древние породы возрастом около трех миллиардов лет. Что находится под ними, было особенно интересно узнать. Геологи предполагали: на глубине 10-15 километров скважина вскроет мантию Земли. Такие прогнозы давала геофизика.
Первые четыре года, до глубины 7263 метра, проходку вели серийной установкой "Уралмаш-4Э", применяемой при добыче нефти и газа. Дальше требовалось специальное оборудование. Аналогов в мире не было, потому что до таких глубин никто еще не бурил, к тому же от руководства страны поступило указание по возможности обходиться без зарубежной помощи. Проект старались не афишировать.
"Пройти до 10-15 километров - непростая задача. Но надо отдать должное и ученым из Академии наук и нашим головным геологическим институтам - они действовали очень разумно. Первым делом сформулировали перечень вопросов, на которые следовало найти ответы. Это позволило прийти к конструктивному пониманию самой скважины", - объясняет Евгений Козловский, в то время возглавлявший Межведомственный научный совет "Изучение глубинных недр Земли и сверхглубокое бурение" Госкомитета по науке и технике СССР.
В итоге уже через год разработали буровую установку "Уралмаш-15000" - рассчитанную на глубину 15 тысяч метров. Технически это была абсолютная инновация - вращалась не вся многокилометровая колонна труб, а только буровая головка, приводимая в движение турбиной. Этот метод назвали турбинным бурением. Все процессы, кроме спуско-подъемных операций, автоматизировали.
Изготовили специальные высокопрочные легкие буровые трубы из алюминиевого сплава. На большой глубине обычная сталь не годится из-за риска обрыва колонны под собственным весом - ее масса превышала 200 тонн.
Летом 1984 года в Москве состоялся Международный геологический конгресс, президентом которого был Евгений Козловский. С трибуны форума он объявил на весь мир об успехах Кольской сверхглубокой скважины: прошли 12 066 метров. Это произвело фурор. СССР обогнал всех. Работы рассекретили, делегатов конгресса возили на Кольский полуостров, а глубинные исследования недр выделили в отдельное направление геологии.
В сентябре 1984 года бурение, остановленное на время конгресса, продолжили, но при первом же спуске случилась авария - пятикилометровая колонна труб оборвалась и осталась в скважине. После семи месяцев безуспешных попыток ее оттуда извлечь бурить пришлось заново с глубины семь тысяч. Вновь достигнуть двенадцати километров удалось лишь к 1990 году, тогда же установили рекорд - 12 262 метра. Затем - новая авария, а в 1992-м прекратили финансирование и проект свернули.
Глубина семь тысяч метров стала для проекта СГ-3 роковой. Четыре раза начинали с этого места по новой. А все потому, что при проектировании скважины ученые совсем по-другому представляли себе строение земной коры.
Геологи и геофизики думали, что на пяти-семи километрах граниты, выходящие на Кольском полуострове на поверхность, сменятся более плотными базальтами. Оказалось не так. Вместо крепких и массивных пород пошли трещиноватые и неустойчивые, которые периодически осыпались, зажимая буровые трубы.
Базальтов не увидели ни на семи километрах, ни на двенадцати, их вообще не было в керне Кольской скважины. Стало ясно, что границы, выделяемые по сейсмическим данным, разделяют не слои разного состава, а породы с различными физическими свойствами.
Вместо базальтов на глубине были те же граниты и гнейсы, но с большим количеством трещин и низкой плотностью, что было полной неожиданностью для многокилометровой глубины, где огромное давление, казалось бы, исключало возникновение открытых полостей. Более того, в этих трещинах и порах ученые нашли воду. И это не единственный сюрприз.
Как выяснилось, на глубине гораздо жарче, чем считалось. Вблизи поверхности скорость роста температуры, или, как говорят ученые, геотермический коэффициент составлял 11 градусов на километр, на глубине два километра - 14, а еще глубже - до 24 градусов на километр, хотя модели предсказывали в полтора раза меньшее значение. На семи километрах температура в забое была 120 градусов Цельсия, а на двенадцати - уже 230!
"В таких условиях приборы не могли корректно работать, - говорит Козловский. - Поэтому понадобились специальные холодильные установки, которые опускали внутри труб для охлаждения околоскважинного пространства".
В 1989 году стартовала первая международная программа изучения строения Земли при помощи геотраверсов, или трансект - региональных геофизических профилей, протянутых между глубокими и сверхглубокими скважинами. В СССР трансекты соединили более 30 скважин, расположенных на расстоянии трех-пяти тысяч километров друг от друга. Одна из них - Кольская сверхглубокая.
"Проходка Кольской, как и любой другой скважины, дает лишь частное представление о геологическом строении. Главный результат заключался в том, что мы связали сверхглубокие скважины сетью профилей, и это позволило на огромной территории в автоматическом режиме фиксировать сейсмические волны как от природных, так и от искусственных землетрясений, а затем по ним уточнять геологическую структуру региона, пересекаемого геотраверсом, и строить фактический разрез", - объясняет Козловский.
Это был принципиально новый подход к изучению глубинного строения целых регионов, основанный на совместном использовании данных глубокого бурения, сейсмического зондирования и других геофизических и геохимических методов. За несколько лет ученые оценили перспективы недр в масштабах всей страны и выделили потенциальные рудные и нефтегазоносные области. Это важнейший практический результат бурения на Кольском полуострове.
Предполагалось, что после завершения проекта Кольская сверхглубокая скважина станет уникальной природной лабораторией для исследования глубинных процессов, протекающих в земной коре. Однако распад СССР перечеркнул эти планы.
В 1995 году все научные работы из-за отсутствия средств прекратили, скважину законсервировали. Постепенно производственный комплекс пришел в аварийное состояние. В 2008-м все ценное оборудование демонтировали.
И вот, в канун юбилея проекта, 20 мая этого года, стало известно, что власти региона обсуждают возможность превращения Кольской сверхглубокой скважины в туристический объект. К сожалению, в данном случае можно говорить только о месте, где все происходило, потому что от самой скважины ничего не осталось. Даже ржавые трубы и буровые коронки давно сдали на металлолом...
