Maximální hloubka zemního vrtání. Kola superhluboká studna
Slavná opuštěná studna se nachází v Murmanské oblasti v rudné oblasti Pečenga, která je proslulá ložisky mědi a niklu. Nejbližší osadou je město Zapolyarny, které se nachází 10 km od SG-3.
Kola Superdeep – fotka z vesmíru
Kolská studna je dodnes nejhlubší na světě. Jeho hloubka je rekordních 12 262 m, průměr na povrchu je 92 cm a v maximální hloubce - 21,5 cm Hlavním úkolem vrtu SG-3 není na rozdíl od jiných ultrahlubinných těžba nerostů studny, ale výhradně vědeckovýzkumnou činnost.
Volba tohoto odlehlého místa s drsným klimatem samozřejmě není náhodná. Dříve byla zorganizována speciální geologická expedice, která přesně určila tento bod pro stavbu celé vrtné konstrukce a následné navrtání vrtu. Celé území poloostrova má mnoho osad s velmi podivnými jmény: Nový Titan, Nikl, Slída, Apatity, Magnetity atd. Ale ve skutečnosti na tom není nic divného, protože poloostrov je prostě obrovské skladiště nerostů. Důležitým závěrem expedice bylo, že v průběhu milionů let se vlivem ničivých vlivů vody, větru a ledu zdál být povrch Baltského štítu „holý“ vůči nejstarším zemským útvarům, které jsou obvykle ukryty v jiné oblasti, kvůli mírnějšímu klimatu a menšímu dopadu eroze . Tito. Právě v tomto místě měli vrtači výhodu 5-8 km oproti zářezu zemské kůry na kontinentu. Pokud zde tedy vyvrtáte studnu o hloubce 15 km, je to srovnatelné s 20-23 km na kontinentu.
Do té doby byly povrchové vrstvy zemské kůry velmi dobře prozkoumány pomocí ropných vrtů a těžby ropy. A pro těžbu nerostů stačily vrty kolem 2000-3000 m, ale SG-3 měl zcela jiný a velmi obtížný úkol - dosáhnout hloubky 15 000 m byl srovnáván s přípravou a let do vesmíru z hlediska technického vybavení. Ale jak se ukázalo, podobnosti nejsou jen v tomto. No, o tom později. Získat práci u studny v té době nebylo příliš snadné; Každý z nich dostal byt a velmi slušný plat, asi osmkrát více než specialisté v centrální části svazu.
D. Guberman a akademik Timofeev diskutují o vyhlídkách na vrtání
Ve vědě od dvacátého století bylo přijato, že Země se skládá z kůry, pláště a jádra. A hranice všech vrstev byly stanoveny teoreticky, tzn. Předpokládalo se, že žulová vrstva má hloubku 3 km a čedičová vrstva začíná v hloubce 3 km. Vědci očekávali, že plášť najdou v hloubce 15-18 km. Ale byla to SG-3, která zničila všechny tyto myšlenky a poskytla jiné výsledky, na kterých vědci dodnes pracují.
Vrtání začalo 24. května 1970. Mimochodem, stojí za zmínku, že hlavní podmínkou vlády bylo používat pouze vlastní nástroje a vybavení. Proto bylo vrtné zařízení vyrobeno v Sovětském svazu podnikem Uralmash. První etapa vrtání byla provedena standardní vrtnou soupravou, jejíž maximální hloubkový limit byl 5 000 m, ale u SG-3 bylo možné s její pomocí proniknout až do hloubky 7 000 m, což byl velmi dobrý výsledek . Samotný proces vrtání do prvního bodu v 7000 m proběhl bez havarijních situací, vrták si snadno poradil s homogenními žulami a všechny tyto práce trvaly 4 roky.
Pro pokračování hlubinných vrtných prací bylo nutné věž přestavět na další výkonnější instalaci a nainstalovat ji. Všechny tyto převybavovací práce trvaly asi rok. Pro další fázi vrtání byl speciálně vyvinut Uralmash-15000, který měl zásadní rozdíly ve svém designu. Za prvé se zautomatizovalo zvedání a ponoření vrtačky se sloupkem a za druhé se díky nové konstrukci neotáčel celý sloup, ale pouze samotný nástroj. Jeho rotace byla provedena dodáním speciálního řešení. Samotná koruna má speciální design, díky kterému pracovníci periodicky odebírají vzorky hornin ve formě válců, kterým se říká jádra. Během procesu vrtání vystupuje drcená hornina na povrch spolu se speciálním roztokem. Poté se roztok vyčistí a znovu se spustí. Celý sloup smontovaný s korunkou a vrtným výplachem má hmotnost cca 200 tun Trubky, ze kterých je sloup požadované délky sestaven, jsou vyrobeny z hliníkových slitin. Vrtání ve velkých hloubkách je velmi složitý technologický proces a o to více se jednalo o dobývání nových hloubek, takže při tom vznikala spousta problémů, které rychle a profesionálně vyřešili ti nejlepší specialisté na stanici. Spouštění a zvedání vrtací kolony trvá velmi dlouho, asi 18 hodin, a samotný proces vrtání trvá 4 hodiny. Práce na studni proto probíhaly nepřetržitě ve třech směnách.
Další etapa vrtání z hloubky 7000 metrů byla komplikovaná kvůli uvolněným, nerovným horninám, nástroj se neustále odkláněl směrem k měkčím horninám a proces se výrazně zpomaloval, ale vznikaly nepříjemnější situace v důsledku poškození vrtáku a zlomení celého vrtací šňůra. Takže kvůli nehodám a ztrátě nářadí bylo nutné tuto plochu zacementovat a začít vrtat z předchozích etap. Do 6. června 1979 byl překonán rekord 9 583 metrů, který patřil ropnému vrtu Bertha Rogers.
V roce 1983 byl nový rekord hloubky vrtání 12 066 metrů. Práce na vrtu musely být dočasně pozastaveny kvůli přípravám na Mezinárodní geologický kongres, který byl naplánován na rok 1984 v Moskvě.
Po přestávce byly vrtné práce 27. září 1984 obnoveny. Ale hned v první fázi došlo k nehodě - sloup s vrtačkou se zlomil. Specialisté přišli o 5 km sloupových trubek. Všechny pokusy o odstranění zařízení z vrtu skončily neúspěchem. Museli jsme proto začít vrtat od 7 000 m a za 6 let, do roku 1990, dosáhla nová studna rekordní úrovně 12 262 m, všechny pokusy o další vrtání skončily neúspěchem, takže projekt byl zmrazen a po nějaké době zcela zastavena kvůli nedostatku financí a politické situaci v zemi. Ale tato hloubka zůstává rekordní!
Kola dnes superhluboká
Nakonec v roce 2008 bylo vše definitivně opuštěno, studna byla zakonzervována, část zařízení demontována, zbytek zničen časem a v rukou lupičů. Podle některých zpráv bude obnova veškerého vybavení a pokračování výzkumných prací trvat asi 100 milionů rublů, ale s největší pravděpodobností to již není reálné.
Níže je fotografie aktuálního stavu objektu
Pro více informací se podívejte na krátký film
V 50-70 letech minulého století se svět měnil neuvěřitelnou rychlostí. Objevily se věci, bez kterých je těžké si dnešní svět představit: internet, počítače, mobilní komunikace, dobývání vesmíru a mořských hlubin. Člověk rychle rozšiřoval sféry své přítomnosti ve Vesmíru, ale stále měl poněkud hrubé představy o struktuře svého „domova“ – planety Země. Přestože ani tehdy myšlenka ultrahlubokého vrtání nebyla nová: již v roce 1958 Američané zahájili projekt "Mohole". Jeho název je tvořen dvěma slovy:
Moho– povrch pojmenovaný po Andrija Mohorovičić– chorvatský geofyzik a seismolog, který v roce 1909 identifikoval spodní hranici zemské kůry, na níž dochází k prudkému zvýšení rychlosti seismických vln;
Otvor- studna, díra, otvor. Na základě předpokladů, že tloušťka zemské kůry pod oceány je mnohem menší než na souši, bylo poblíž ostrova Guadelupe vyvrtáno 5 vrtů o hloubce asi 180 metrů (s hloubkou oceánu až 3,5 km). Během pěti let vědci vyvrtali pět vrtů, shromáždili mnoho vzorků z čedičové vrstvy, ale nedosáhli pláště. V důsledku toho byl projekt prohlášen za neúspěšný a práce byly zastaveny.
Plavidlo CUSS, které provedlo projekt Mohole
Jedním z hlavních cílů expedice „Na cestách Arktidy“ byla superhluboká studna Kola (nebo objekt SG-3) - nejhlubší na světě. Poprvé jsem se o tom dozvěděl v roce 2004, když jsem studoval v prvním ročníku na Geologické fakultě Ruské státní univerzity ropy a zemního plynu na přednášce o obecné geologii. A od té doby jsem doufal, že vše uvidím na vlastní oči.
Časy se změnily a kdysi nepřístupné území zařízení SG-3 se dnes nachází v těsné blízkosti těžebního a zpracovatelského závodu Kolské důlní a hutní společnosti. A trasa ke studni vede po technologických cestách.
Pokud budete následovat navigátora, pak za městem Zapolyarny povede ke kontrolnímu bodu těžebního a zpracovatelského závodu. Ochranka vás samozřejmě nepustí na území a o Kola Superdeep jsem údajně nic neslyšel.
Vedení závodu bylo podle očekávání unaveno neustálou poutí různých druhů neostalkerů, milovníků geologie a lovců kovů do kolské superhlubiny, takže cesta ke studni byla nadobro rozryta bagry a posypána dlažebními kostkami. opatření.
Vracíme se proto tam, kde naposledy fungoval mobilní internet a hledáme zaběhnutou alternativní cestu přes satelit. Když jsme našli drahocennou díru, zvedáme hydropneumatické odpružení naší Toyoty Land Cruiser 200 Executive do nejvyšší polohy a plazíme se do kopců ke studni.
Cesta, jak se na opravdové dobrodružství sluší a patří, byla plná různých druhů překážek - brodů, kamenů, dokonce i jezer.
Po návratu do Murmansku a analýze trasy GPS (celou trasu jsme napsali pomocí služby locme.ru, o tom budu mluvit později) jsem si všiml, že jsme nejeli ke studni po optimální trase a někde jsme ztratili naše cesta, ale zpět Už jsme zašli tak daleko, jak jsme měli. Což ani trochu nelituji.
Trať byla nahrána pomocí služby LocMe
A teď, když jsme vystoupali na další kopec, máme výhled na kdysi majestátní výzkumný a výrobní komplex superhlubinné studny Kola.
Ve snaze zaujmout vedoucí postavení ve všech odvětvích najednou zahájil SSSR v roce 1962 svůj program ultrahlubokých vrtů.
Příprava projektu trvala 4 roky: hlavní problém spočíval v tom, že podle geotermálního gradientu (fyzikální veličina, která popisuje nárůst teploty hornin s hloubkou) by měla být teplota v hloubce 10 km asi 300 °C. , a na 15 km - téměř 500 ° S. Vrtací nástroj ani měřící zařízení nebyly na takovou teplotu dimenzovány. V roce 1970, přesně v době 100. výročí Leninova narození, bylo nalezeno místo vrtů - starověký krystalický štít poloostrova Kola. Podle zprávy Ústavu fyziky Země se za miliardy let Kola Shield ochlazovala v hloubce 15 km, neměla překročit 150 °C. Podle přibližného řezu by prvních 7 kilometrů mělo tvořit žulové vrstvy svrchní části zemské kůry a níže začínají čediče. Místo vrtů bylo vybráno na severním cípu poloostrova Kola poblíž jezera Vilgiskoddeoaivinjärvi (ve finštině to znamená „Pod Vlčí horou“). Vrtání vrtu, jehož projektovaná hloubka byla 15 kilometrů, začalo v květnu 1970.
Přes netriviální úkol nebylo pro práci vyvinuto žádné speciální vybavení – pracovali jsme s tím, co jsme měli. V prvních etapách byla použita vrtná souprava Uralmash 4E s nosností 200 tun a hliníkové trubky z lehkých slitin. Drahý hliník byl použit z několika důvodů: trubky vyrobené z „okřídleného kovu“ mají mnohem menší hmotnost a při teplotách nad 150–160 stupňů ocel sériových trubek měkne a hůře snáší mnohatunové zatížení – kvůli tím se zvyšuje pravděpodobnost nebezpečných deformací a zlomení sloupku. Když studna dosáhla hloubky 7000 metrů, byla na místě instalována nová vrtná souprava "Uralmash 15000"- jeden z nejmodernějších v té době. Výkonná, spolehlivá, s automatickým zvedacím mechanismem, odolala potrubí dlouhému až 15 km. Vrtná souprava se proměnila v plně opláštěnou věž vysokou 68 m, vzdorující silným větrům zuřícím v Arktidě. Hmotnost samotné vrtné kolony by v hloubce 15 kilometrů dosáhla 200 tun. A samotná instalace mohla zvednout náklad až 400 tun. V blízkosti vyrostla továrna na mechanické opravy, vědecké laboratoře a sklad jádra. : v 70. letech bylo nejrozšířenější rotační vrtání, kdy se celý řetězec trubek roztáčel rotorem umístěným na povrchu. Tato metoda byla vynikající pro relativně mělké vrty, ale když se délka vrtu blíží 7 000 nebo dokonce 10 000 metrů, rotační vrtání se stává bezmocným. U SG-3 bylo vrtání prováděno pomocí turbovrtáku - hydromotoru, jehož otáčení zajišťovala energie cirkulující vrtné kapaliny. 46metrové sekce instalované na spodním konci sloupu otáčely vrtákem. Ani v SSSR, ani ve světě v té době nebyly žádné zkušenosti s vrtáním v krystalických horninách podloží v takových hloubkách a kromě čistě technologických problémů práci komplikoval 100% odběr jader. Průnik při jednom výjezdu, určený opotřebením vrtací hlavy, je obvykle 7-10 m (výlet, nebo cyklus, je spouštění struny turbínou a vrtacím nástrojem, vlastní vrtání a úplné zvednutí vrtáku struna.) Samotné vrtání trvá 4 hodiny a spouštění trvá Výstup 12kilometrového sloupu trvá asi 18 hodin. Sloup se při zvednutí automaticky rozebere na úseky (svíčky) o délce 33 m Průměrně bylo navrtáno 50 km potrubí na posledních 5 km vrtu. To je míra jejich opotřebení.
Když jsme se blížili k území SG-3, uviděli jsme „bochník“ a lidi, kteří do něj hbitě vkládali kusy železa. Tento obrázek se kdysi vyspělému vědeckému centru dávno stal známým - předpokládalo se, že superhlubinný vrt Kola se po dokončení výkopu promění v unikátní přírodní laboratoř pro studium hlubinných procesů probíhajících v zemské kůře pomocí speciálních přístrojů. V roce 2008 však bylo zařízení definitivně opuštěno a veškeré více či méně cenné vybavení bylo demontováno. Od té chvíle začalo období drancování všeho, co mělo nějakou hodnotu – především kovu.
Ze zlodějů kovů se však vyklubali docela společenští chlapi, byli upřímně překvapeni, proč jsme sem přijeli z Moskvy - „tam nic nezbylo! a ukázal legendární studnu. Nyní je zakonzervovaný a jeho ústí je uzavřeno ocelovou deskou. Nikdo neví, co se děje v samotném kufru.
Na základě SG-3 bylo kromě samotného vrtného místa několik výzkumných ústavů, vlastní konstrukční kancelář, soustružna a kovárna. Nejodvážnější technická řešení se zrodila přímo na místě, realizovala se vlastními silami a po pár dnech byla již otestována v provozu. To vše vyžadovalo energii a Kola Superdeep obsluhovala vlastní rozvodna. Nyní pohonná jednotka vypadá takto najednou zde pracovalo 48 lidí.
U vchodu se hromadí bedny s unikátním vybavením. Všechno cenné je vytrháno „s masem“:
A o kousek dál jsou podpěry elektrického vedení. Všechny dráty byly samozřejmě již dávno přestřiženy.
Podle směrnice shora se v SG-3 používalo pouze domácí vybavení a ani to nemohlo být jinak: zprvu byla studna přísně tajným bezpečnostním zařízením. Až do hloubky 7 km byla použita sériová zařízení. Práce ve větších hloubkách a při vyšších teplotách vyžadovala vytvoření speciálních tepelně a tlakově odolných zařízení. Zvláštní potíže nastaly během poslední fáze vrtání; když se teplota ve studni přiblížila 200 o C a tlak přesáhl 1000 atmosfér, sériová zařízení již nemohla fungovat. Geofyzikální projekční kanceláře a specializované laboratoře několika výzkumných ústavů přišly na pomoc a vyrobily jednotlivé kopie tepelně a tlakově odolného zařízení. Soutěž o zaměstnání sestávala z desítek lidí na pozici a ti, kteří prošli přísným výběrovým řízením, dostali rovnou byt. V době, kdy běžný sovětský inženýr dostával 120 rublů měsíčně, si inženýr na Kola Superdeep Well vydělal neuvěřitelných 850 rublů – tři platy a můžete si koupit auto. Celkem v Kola Superdeep pracovalo asi 300 lidí.
Hloubka 7000 metrů se stala pro kolskou superhlubinu osudnou
Hloubka v 7000 metrů se stal pro Kolu krajně osudným. Výše v úseku probíhalo vrtání relativně klidně; Ale po této hloubce se vrtací hlava dostala do méně odolných vrstevnatých hornin a hlaveň nebylo možné udržet ve svislé poloze. Když vrt poprvé překročil hranici 12 km, šachta se odchýlila od svislice o 21°. Vrtaři se sice už naučili pracovat s neuvěřitelným zakřivením hlavně, ale dál už to nešlo. Studna musela být vrtána od hranice 7 kilometrů. Abyste získali svislou násadu v tvrdých horninách, potřebujete velmi tuhé dno vrtací kolony, aby šlo do podpovrchu jako nůž do másla. Vyvstává ale další problém – studna se postupně rozšiřuje, vrták v ní visí jako ve sklenici, stěny sudu se začnou hroutit a mohou nástroj rozdrtit. Řešení tohoto problému se ukázalo jako originální - byla použita kyvadlová technologie. Vrták byl ve studni uměle rozkýván a tlumil silné vibrace. Díky tomu se kmen ukázal svisle. 6. června 1979 došlo k první historické události. Vrtaři hlásili dosažení značky v 9584 metrů. Vrt Kola se stal nejhlubším vrtem na světě a překonal americkou ropnou rekordmanku Berthu Rogersovou (9583 metrů).
Dne 6. června 1979 udělal mistr vrtání Fedor Atarshchikov triumfální záznam do deníku: „Dolní díra - 9584 metrů. "Bertha Rogersová," čau, sbohem."
Na počátku 80. let 20. století došlo také k druhé historické události. Kolská superhlubina prošla 11 022 metrů, obchází Mariánský příkop. Lidstvo nikdy nedosáhlo takové hloubky uvnitř své vlastní kolébky. Jednou z nejčastějších nehod při vrtání jsou zaseknuté vrtací nástroje, tedy situace, kdy rozpadající se stěny studny blokují strunu a brání otáčení nástroje. Pokusy vytáhnout zaseknutý sloupek často končí jeho rozbitím. V 10kilometrové studni je zbytečné hledat nástroj od takové šachty se upustilo a nastartovala se nová, o něco výše; K prasknutí a ztrátě potrubí u SG-3 došlo mnohokrát. Výsledkem je, že studna ve své spodní části vypadá jako kořenový systém obří rostliny. Větvení studny rozrušilo vrtače, ale ukázalo se, že je požehnáním pro geology, kteří nečekaně obdrželi trojrozměrný obrázek působivého úseku starověkých archejských hornin vytvořených před více než 2,5 miliardami let.
Při procházce opuštěnými chodbami komplexu i přes všeobecnou monstrózní devastaci cítíte bývalou velkolepost toho, co se zde stalo. V jedné z kanceláří je podlaha poseta vzácnou vědeckou literaturou - několik let vydání časopisu "Defektoskopie" a manuálem pro výpočet vrtných kolon pro ultrahluboké vrty - jedinečnost vědecké práce je přibližně srovnatelná s "návody pro let na Měsíc pro figuríny“, pokud existoval.
V dalším je zázračně zachovalé pracoviště vrtného mistra. První vrt v Rusku byl vyvrtán v roce 1864 v Kubani. Od té doby až dosud pracuje mistr téměř vždy přímo na místě vrtání, aby viděl a kontroloval vše, co se děje. Ale na Kola superdeep to tak nebylo! Obsluha seděla až 250 metrů od ústí a vše na dálku sledovala, včetně parametrů vrtání. Plocha!
Stěny jsou ošuntělé, sklo rozbité drsným severním větrem, ale nemůžete se zbavit pocitu, že se do kanceláře chystá vstoupit laborant a vyhnat nezvané hosty.
V září 1984 poprvé bylo dosaženo hloubky 12 066 metrů a pak došlo k dalšímu přerušení vrtací kolony. To se pro vrtnou posádku stalo skutečnou tragédií, protože museli začít téměř znovu, všichni ze stejných 7 kilometrů, znovu a znovu procházet trhlinami a jeskyněmi spodní vrstvy zemské kůry. Zároveň byly v rámci Světového geologického kongresu odtajněny práce prováděné v Arktidě. Ve vědeckém světě způsobila studna SG-3 skutečnou senzaci. Početná delegace geologů a novinářů jela do obce Zápolyarny. Návštěvníkům byla ukázána vrtná souprava v akci, byly odstraněny a odpojeny 33metrové části potrubí. Kolem byly desítky přesně stejných vrtáků jako ten, který ležel na stojanu v Moskvě. SSSR potvrdil svůj status vedoucí velmoci v oblasti hlubinných vrtů.
V června 1990 když SG-3 dosáhla hloubky 12 262 m, začaly přípravné práce na ražbu až 14 km, opět došlo k nehodě. Ve výšce 8 550 m praskla trubní šňůra. Pokračování v práci vyžadovalo dlouhou a nákladnou aktualizaci zařízení, takže v roce 1994 bylo vrtání superhlubiny Kola zastaveno. Všechny možnosti moderní techniky byly vyčerpány. Po 3 letech se zapsala do Guinessovy knihy rekordů a dodnes zůstává nepřekonaná.
Co daly lidstvu ultrahluboké vrty na poloostrově Kola?
V první řadě vyvrátila jednoduchou dvouvrstvou strukturu Země. Geologický řez sestavený na základě jádra SG-3 se ukázal být přesným opakem toho, co si vědci dříve představovali. Prvních 7 kilometrů tvořily vulkanické a sedimentární horniny: tufy, čediče, brekcie, pískovce, dolomity. Hlouběji ležel tzv. Conradův úsek, po kterém se prudce zvýšila rychlost seismických vln v horninách, což bylo interpretováno jako hranice mezi žulami a čediči. Tento úsek prošel už dávno, ale čediče spodní vrstvy zemské kůry se nikdy nikde neobjevily. Naopak se začaly objevovat žuly a ruly. 
Jedním z nejdůležitějších cílů vrtání bylo získat jádro (válcový sloup horniny) po celé délce vrtu. Nejdelší jádro na světě bylo označeno jako pravítko do metrů a umístěno v příslušném pořadí do krabic. Číslo krabice a čísla vzorků jsou uvedeny nahoře. Skladem je téměř 900 takových krabic.
Seizmické řezy v podpovrchu, jak se ukázalo, nejsou hranicemi vrstev hornin různého složení. Spíše naznačují změny v petrofyzikálních vlastnostech hornin s hloubkou. Při vysokém tlaku a teplotě se vlastnosti mění natolik, že se žuly ve svých fyzikálních vlastnostech podobají čedičům a naopak. Věřilo se, že s hloubkou a rostoucím tlakem klesá pórovitost a lámavost hornin. Počínaje 9-ti kilometry se však ukázalo, že vrstvy jsou abnormálně porézní a rozbité. Vodné roztoky cirkulovaly hustým systémem trhlin. Tuto skutečnost později potvrdily i další ultrahluboké vrty na kontinentech. Ukázalo se, že v hloubce je mnohem teplejší, než se očekávalo: až 80°! Na hranici 7 km byla teplota v obličeji 120 °C, na 12 km již dosáhla 230 °C. Vědci objevili mineralizaci zlata ve vzorcích ze studny Kola. Vložení drahého kovu bylo nalezeno ve starých horninách v hloubce 9,5-10,5 km. Koncentrace zlata však byla příliš nízká na to, aby bylo možné vyhlásit ložisko – v průměru 37,7 mg na tunu horniny, ale dostačující na to, aby se to dalo očekávat na jiných podobných místech. Superhlubina Kola zestárla Zemi až o 1,5 miliardy let: život na planetě se objevil dříve, než se očekávalo. V hloubkách, kde se věřilo, že neexistuje žádná organická hmota, bylo objeveno více než 17 druhů zkamenělých mikroorganismů – mikrofosilií – a stáří těchto hlubokých vrstev přesáhlo 2,8 miliardy let. A více než tucet úžeji zaměřených objevů.
Celkem bylo na území SSSR vyvrtáno asi 30 ultrahlubokých vrtů
Málokdo ví, ale na území bývalého SSSR bylo vyvrtáno více než 30 ultrahlubokých vrtů (dnes jsou všechny nebo téměř všechny zničeny). Navzájem byly propojeny pomocí speciálních transektů (měřicích čar), čímž byly získány regionální geologické profily dlouhé mnoho tisíc kilometrů. Podél transektů bylo umístěno speciální geofyzikální zařízení, které zaznamenávalo všechny procesy probíhající v podloží najednou. Do roku 1991 byly podzemní jaderné výbuchy používány jako zdroje buzení (puls, který byl zaznamenán ve vrtech).
Tento zásadně nový technický a metodologický přístup k řešení regionální hlubinné struktury zemské kůry a svrchního pláště byl založen na integraci dat z ultrahlubinných a hlubinných vrtů, jakož i seismických hlubinných sond a dalších geofyzikálních a geochemických metod. Pro území SSSR byl vyvinut systém vzájemné korelace geofyzikálních profilových dat na základě referenčních ultrahlubinných vrtů. To vše umožnilo provést poměrně podrobné rajonování především perspektivních zón z hlediska ložisek ropy, plynu a rud v celostátním měřítku. 
Náklady na obnovu jsou 100 milionů rublů?
Ředitel Geologického ústavu Kolského vědeckého centra Ruské akademie věd ve svých rozhovorech tvrdí, že za 100 milionů rublů je již nyní možné obnovit komplex superhlubinných vrtů Kola, otevřít na jeho základě vědecké a technické centrum a vyškolit specialisty na offshore vrtání. Je mi zcela zřejmé, že tomu tak není. A problém bohužel není o penězích. Unikátní objekt, srovnatelný co do měřítka a významu s lidstvem pouze s lidským vesmírným letem, byl ztracen. A navždy ztracen.
Po SG-3 bylo a probíhá mnoho pokusů po celém světě nahlédnout do hlubokých horizontů nitra Země, ale bohužel ani jeden projekt se svou důležitostí nepřiblížil práci prováděné v Arktidě.
- Co je nejdůležitější věc, kterou ukázala studna Kola?
- Pánové! Hlavní věc je, že se ukázalo, že o kontinentální kůře nic nevíme
Jak se dostat do superhlubinné studny Kola? Body, souřadnice atd.
- Z Murmansku po silnici A138 pohyb směrem k městu Nikel;
- Na místě 69.479533, 31.824395 bude tam kontrolní stanoviště, kde se budou kontrolovat doklady;
- Pojďme dále k 69.440422, 30.594060 kde odbočíme doleva;
- Pokračujeme po technologické cestě až do 69.416088, 30.684387 ;
- Zaplněná cesta by měla být v bodě vpravo 69.408826, 30.661051 ;
- Jdeme dál a pozorně si prohlížíme klopu na levé ruce. Šel jsem sem: 69.414850, 30.613894 ;
- Dále se pohybujeme po vyšlapané cestě, ale na místě 69.411232, 30.608956 musíte zůstat vpravo.
- Souřadnice studny samotné 69.396326, 30.609513 .
Během posledních desetiletí minulého století byly do zemské kůry vyvrtány statisíce vrtů. A to není překvapující, protože hledání a těžba nerostů v naší době nevyhnutelně zahrnuje hluboké vrtání. Ale mezi všemi těmito studnami je na planetě pouze jedna - legendární Kola Superdeep (SG), jejíž hloubka stále zůstává nepřekonaná - více než dvanáct kilometrů. Kromě toho je SG jedním z mála, který nebyl vyvrtán kvůli průzkumu nebo těžbě, ale pro čistě vědecké účely: pro studium nejstarších hornin naší planety a pro poznání tajemství procesů v nich probíhajících.
Dnes se na superhlubni Kola nevrtá, byla zastavena v roce 1992. SG nebyl první a ne jediný v programu pro studium hluboké struktury Země. Tři ze zahraničních vrtů dosáhly hloubky 9,1 až 9,6 km. Bylo plánováno, že jeden z nich (v Německu) překoná ten Kola. Vrty na všech třech, stejně jako na SG, však byly z důvodu havárií zastaveny a z technických důvodů v nich zatím nelze pokračovat.
Zřejmě ne nadarmo se náročnost vrtání ultrahlubokých vrtů srovnává s letem do vesmíru, s dlouhou vesmírnou expedicí na jinou planetu. Vzorky hornin extrahované z nitra země nejsou o nic méně zajímavé než vzorky měsíční půdy. Půda dodaná sovětským lunárním roverem byla studována v různých ústavech, včetně vědeckého centra Kola. Ukázalo se, že složení měsíční půdy téměř zcela odpovídá horninám vytěženým ze studny Kola z hloubky asi 3 km.
VÝBĚR STRÁNEK A PROGNÓZA
Pro vrtání SG byla vytvořena speciální geologická průzkumná expedice (Kola Geological Exploration Expedition). Místo vrtů také samozřejmě nebylo vybráno náhodou – Baltic Shield v oblasti poloostrova Kola. Zde vycházejí na povrch nejstarší vyvřelé horniny staré asi 3 miliardy let (a Země je stará jen 4,5 miliardy let). Bylo zajímavé vrtat v nejstarších vyvřelých horninách, protože sedimentární horniny až do hloubky 8 km byly již dobře prozkoumány pro těžbu ropy. A při těžbě obvykle pronikají jen 1-2 km do vyvřelých hornin. Výběr místa pro SG usnadnil i fakt, že se zde nachází Pečeněgský žlab - obrovská mísovitá stavba, jakoby vtlačená do pradávných skal. Jeho vznik je spojen s hlubokým zlomem. A právě zde se nacházejí velká ložiska mědi a niklu. A úkoly přidělené geologické expedici Kola zahrnovaly identifikaci řady rysů geologických procesů a jevů, včetně tvorby rud, určení povahy hranic oddělujících vrstvy v kontinentální kůře a sběr dat o materiálovém složení a fyzickém stavu hornin. .
Před zahájením vrtání byla na základě seismologických dat zkonstruována část zemské kůry. Sloužila jako předpověď pro vzhled těch zemských vrstev, které studna protínala. Předpokládalo se, že žulové souvrství sahá do hloubky 5 km, poté se očekávaly silnější a starší čedičové horniny.
Místo vrtů bylo tedy vybráno na severozápadě poloostrova Kola, 10 km od města Zapolyarny, nedaleko našich hranic s Norskem. Zapolyarny je malé město, které vyrostlo v padesátých letech vedle továrny na nikl. Mezi kopcovitou tundrou na návrší, foukaném všemi větry a sněhovými bouřemi, je „náměstí“, jehož každou stranu tvoří sedm pětipatrových budov. Uvnitř jsou dvě ulice, na jejich křižovatce je náměstí, kde stojí Dům kultury a hotel. Kilometr od města jsou za roklí vidět budovy a vysoké komíny niklovny, za ní podél úbočí jsou tmavé skládky hlušiny z nedalekého lomu. Poblíž města vede dálnice do města Nikel a k jezeru, na jehož druhé straně je Norsko.
Půda těchto míst obsahuje hojné stopy minulé války. Když pojedete autobusem z Murmansku do Zapolyarny, asi v polovině cesty překročíte říčku Zapadnaja Litsa, na jejím břehu je pamětní obelisk. Toto je jediné místo v celém Rusku, kde během války v letech 1941 až 1944 stála fronta nehybně obrácená k Barentsovu moři. I když celou dobu probíhaly urputné boje a ztráty na obou stranách byly obrovské. Němci se neúspěšně pokusili prorazit do Murmansku – jediného nezamrzlého přístavu na našem Severu. V zimě 1944 se sovětským jednotkám podařilo prorazit frontu.
Na tomto háku byla spuštěna a zvednuta trubková šňůra. Vlevo - v koši - jsou 33metrové trubky - "svíčky" - připravené k sestupu.
Kola superhluboká studna. Na obrázku vpravo: A. Předpověď geologického řezu. B. Geologický řez zkonstruovaný na základě dat SG vrtů (šipky od sloupce A do sloupce B označují, v jaké hloubce se předpokládané horniny nacházely). V tomto úseku je svrchní část (do 7 km) proterozoická vrstva s vrstvami vulkanických (diabas) a sedimentárních hornin (pískovce, dolomity). Pod 7 km se nachází archejský sled s opakujícími se jednotkami hornin (hlavně ruly a amfibolity). Jeho stáří je 2,86 miliardy let. B. Vrt s mnoha vyvrtanými a ztracenými vrty (pod 7 km) má tvar rozvětvených kořenů obří rostliny. Zdá se, že studna se kroutí, protože vrták se neustále odklání směrem k méně odolným horninám.
Ze Zapolyarny do Superglubokaya - 10 km. Cesta vede kolem závodu, pak podél okraje lomu a pak stoupá do hory. Z průsmyku se otevírá malá nádrž, ve které je instalována vrtná souprava. Jeho výška je vysoká jako dvacetipatrová budova. Na každou směnu sem přicházeli „dělníci na směny“ ze Zapolyarny. Celkem na výpravě pracovalo asi 3000 lidí, kteří bydleli ve městě ve dvou domech. Z vrtné věže bylo nepřetržitě slyšet vrčení některých mechanismů. Ticho znamenalo, že z nějakého důvodu došlo k přerušení vrtání. V zimě, za dlouhé polární noci – a trvá tam od 23. listopadu do 23. ledna – celá vrtná věž zářila světly. Často se k nim přidalo světlo polární záře.
Něco málo o personálu. Geologická průzkumná expedice Kola vytvořená pro vrtání dala dohromady dobrý, vysoce kvalifikovaný tým pracovníků. Šéfem GRE, talentovaným vůdcem, který vybíral tým, byl téměř vždy D. Guberman. Za vrtání odpovídal hlavní inženýr I. Vasilčenko. Vrtné soupravě velel A. Batiščev, kterému všichni říkali prostě Lekha. Geologii měl na starosti V. Laney a geofyziku měl na starosti Ju. Obrovské množství práce na zpracování jádra a vytvoření úložiště jádra odvedl geolog Yu Smirnov - ten samý, který měl „pokladnou skříň“, o které vám povíme později. Na provádění výzkumu SG se podílelo více než 10 výzkumných ústavů. Tým měl také své „Kulibiny“ a „leváky“ (obzvláště se vyznamenal S. Cerikovskij), kteří vymýšleli a vyráběli různá zařízení, která někdy umožňovala dostat se z nejtěžších, zdánlivě beznadějných situací. Sami zde v dobře vybavených dílnách vytvořili mnoho potřebných mechanismů.
HISTORIE VRTÁNÍ
Vrtání studní začalo v roce 1970. Vrty do hloubky 7263 m trvaly 4 roky. Byl proveden pomocí sériové instalace, která se obvykle používá při těžbě ropy a plynu. Kvůli neustálému větru a chladu musela být celá věž pokryta až po vrchol dřevěnými panely. Jinak je prostě nemožné, aby pracoval někdo, kdo musí stát na vrcholu při zvedání potrubí.
Poté následovala roční přestávka spojená se stavbou nové věže a instalací speciálně navržené vrtné soupravy – Uralmash-15000. S jeho pomocí byly provedeny všechny další ultrahluboké vrtání. Nová instalace má výkonnější automatizované zařízení. Bylo použito turbínové vrtání - tehdy se netočí celý sloup, ale pouze vrtací hlava. Vrtná kapalina byla přiváděna kolonou pod tlakem, přičemž rotovala vícestupňová turbína umístěná níže. Její celková délka je 46 m. Turbína je zakončena vrtací hlavou o průměru 214 mm (často se jí říká koruna), která má prstencový tvar, takže uprostřed zůstává neodvrtaný sloup horniny - jádro. o průměru 60 mm. Přes všechny sekce turbíny prochází potrubí - přijímač jádra, kde se shromažďují sloupce vytěžené horniny. Drcená hornina spolu s vrtnou kapalinou je unášena vrtem na povrch.
Na vzorcích jádra vpravo jsou jasně viditelné šikmé pruhy, což znamená, že zde studna procházela šikmo umístěnými útvary.
Hmotnost sloupu ponořeného do studny s vrtným výplachem je asi 200 tun. A to i přesto, že byly použity speciálně navržené trubky z lehkých slitin. Pokud je sloup vyroben z běžných ocelových trubek, praskne svou vlastní hmotností.
Mnoho obtíží, někdy zcela neočekávaných, vzniká při procesu vrtání ve velkých hloubkách a při odběru vzorků jádra.
Průnik při jedné jízdě, určený opotřebením vrtací hlavy, je obvykle 7-10 m (Výlet nebo cyklus je spouštění struny turbínou a vrtacím nástrojem, vlastní vrtání a úplné zvednutí. struna.) Samotné vrtání trvá 4 hodiny. A sestup a výstup 12kilometrové kolony trvá 18 hodin. Sloup se při zvednutí automaticky rozebere na úseky (svíčky) o délce 33 m Průměrně bylo navrtáno 50 km potrubí na posledních 5 km vrtu. To je míra jejich opotřebení.
Do hloubky přibližně 7 km studna protínala silné, relativně homogenní horniny, a proto byl vrt hladký, téměř odpovídající průměru hlavy vrtáku. Práce postupovaly, dalo by se říci, klidně. V hloubce 7 km se však objevily méně odolné puklinové horniny, proložené drobnými velmi tvrdými vrstvami - ruly, amfibolity. Vrtání se stalo obtížnějším. Kmen získal oválný tvar a objevilo se mnoho dutin. Nehody byly stále častější.
Obrázek ukazuje výchozí předpověď geologického řezu a prognózu sestavenou na základě vrtných dat. Je zajímavé poznamenat (sloupec B), že úhel sklonu útvarů podél studny je asi 50 stupňů. Je tedy zřejmé, že horniny protnuté studnou vycházejí na povrch. Zde si můžeme vzpomenout na již zmíněný „milovaný kabinet“ geologa Yu Smirnova. Tam měl na jedné straně vzorky získané z vrtu a na druhé vzorky odebrané na povrchu ve vzdálenosti od místa vrtání, kde vystupuje odpovídající útvar. Shoda mezi plemeny je téměř kompletní.
Rok 1983 byl ve znamení dosud nepřekonaného rekordu: hloubka vrtu přesáhla 12 km. Práce byly pozastaveny.
Blížil se Mezinárodní geologický kongres, který se podle plánu konal v Moskvě. Připravovala se k tomu výstava Geoexpo. Bylo rozhodnuto nejen přečíst zprávy o dosažených výsledcích na SG, ale také ukázat účastníkům kongresu práci in situ a vytěžené vzorky hornin. Pro kongres byla vydána monografie „Kola Superdeep“.
Na výstavě Geoexpo byl velký stánek věnovaný práci SG a to nejdůležitější - dosažení rekordní hloubky. Byly tam působivé grafy vypovídající o vrtacích technikách a technologiích, vytěžené vzorky hornin, fotografie zařízení a personálu při práci. Největší pozornost účastníků a hostů kongresu ale upoutal jeden na výstavní ukázku netradiční detail: nejobyčejnější a již lehce rezavá vrtací hlava s opotřebovanými karbidovými zuby. Na štítku bylo uvedeno, že je to přesně to, co bylo použito při vrtání v hloubce více než 12 km. Tato vrtací hlava ohromila i specialisty. Asi každý nedobrovolně čekal, že uvidí nějaký zázrak techniky, třeba s diamantovým vybavením... A to ještě nevěděli, že na SG vedle vrtné soupravy je velká hromada úplně stejných už zrezivělých vrtacích hlav: vždyť se musely přibližně každých 7-8m vrtů vyměnit za nové.
Mnoho delegátů kongresu chtělo na vlastní oči vidět unikátní vrtnou soupravu na poloostrově Kola a ujistit se, že v Unii bylo skutečně dosaženo rekordní hloubky vrtů. K takovému odchodu došlo. Na místě se sešla část kongresu. Delegátům byla ukázána vrtná souprava, kde zvedli sloup z vrtu a odpojili od něj 33metrové úseky. Fotografie a články o SG kolovaly v novinách a časopisech téměř ve všech zemích světa. Byla vydána poštovní známka a bylo organizováno speciální storno obálek. Nebudu uvádět jména laureátů různých cen a oceněných za jejich práci...
Prázdniny ale skončily, bylo potřeba pokračovat ve vrtání. A začalo to největší nehodou při prvním letu 27. září 1984 – „černé datum“ v historii SG. Studna neodpouští, když je dlouho ponechána bez pozornosti. V době, kdy se vrtání neprovádělo, nevyhnutelně došlo na jeho stěnách ke změnám, které nebyly zajištěny cementovanou ocelovou trubkou.
Zpočátku šlo všechno náhodně. Vrtaři prováděli své obvyklé operace: jeden po druhém spouštěli části vrtné kolony, připojovali přívodní potrubí vrtné kapaliny k poslední, horní a zapínali čerpadla. Začali jsme vrtat. Přístroje na konzole před obsluhou ukazovaly normální provozní režim (počet otáček vrtací hlavy, její tlak na horninu, proudění kapaliny k otáčení turbíny atd.).
Po navrtání dalšího 9metrového úseku v hloubce více než 12 km, který trval 4 hodiny, jsme dosáhli hloubky 12,066 km. Připravili jsme se zvednout kolonu. Zkusili jsme to. nefunguje. „Přilepení“ bylo v takových hloubkách pozorováno více než jednou. To je, když se nějaká část sloupu jakoby přilepila ke stěnám (možná něco spadlo shora a trochu se to zaseklo). K pohybu sloupu je zapotřebí síla přesahující jeho hmotnost (asi 200 tun). Tentokrát udělali totéž, ale kolona se nepohnula. Trochu jsme zvýšili sílu a jehla nástroje prudce snížila hodnoty. Kolona se stala mnohem lehčí, taková ztráta hmotnosti by nemohla nastat během normálního průběhu operace. Začali jsme zvedat: jednotlivé sekce jsme odšroubovali. Při posledním výtahu visel na háku zkrácený kus trubky s nerovným spodním okrajem. To znamenalo, že ve vrtu nezůstal jen turbovrták, ale i 5 km vrtných trubek...
Snažili se je získat sedm měsíců. Vždyť přišli nejen o 5 km potrubí, ale o výsledky pětileté práce.
Poté byly všechny pokusy o znovuzískání ztraceného zastaveny a znovu se začalo vrtat z hloubky 7 km. Nutno říci, že právě po sedmém kilometru jsou zde geologické podmínky obzvlášť náročné na práci. Technologie vrtání každého kroku je vypracována metodou pokus-omyl. A začít z hloubky cca 10 km je to ještě obtížnější. Vrtání, obsluha zařízení a zařízení se provádí při maximální rychlosti.
Každou chvíli zde proto lze očekávat nehody. Připravují se na ně. Způsoby a prostředky jejich odstranění jsou předem promyšleny. Typickou komplexní nehodou je prasknutí vrtné sestavy spolu s částí vrtné kolony. Hlavní metodou eliminace je vytvořit lavičku těsně nad ztracenou částí a z tohoto místa vyvrtat novou obtokovou šachtu. Celkem bylo ve studni navrtáno 12 takovýchto obtokových kmenů. Čtyři z nich mají délku od 2 200 do 5 000 m Hlavní náklady na takové nehody jsou roky ztracené práce.
Pouze v každodenním životě je studna vertikální „díra“ od povrchu země ke dnu. Ve skutečnosti tomu tak zdaleka není. Zvláště pokud je studna superhluboká a protíná šikmé útvary různé hustoty. Pak se jakoby kroutí, protože vrták neustále vybočuje směrem k méně odolným horninám. Po každém měření, které ukazuje, že sklon studny překračuje přípustný sklon, je třeba se pokusit ji „vrátit na místo“. K tomu jsou spolu s vrtacím nástrojem spuštěny speciální „deflektory“, které pomáhají snížit úhel sklonu studny během vrtání. K úrazům často dochází při ztrátě vrtacích nástrojů a částí potrubí. Poté musí být nový kufr vyroben, jak jsme již řekli, ustoupením stranou. Představte si tedy, jak vypadá studna v zemi: něco jako kořeny obří rostliny rozvětvující se v hloubce.
To je důvodem zvláštního trvání poslední fáze vrtání.
Po největší havárii – „černém datu“ z roku 1984 – se opět až po 6 letech přiblížili k hloubce 12 km. V roce 1990 bylo dosaženo maxima - 12 262 km. Po několika dalších nehodách jsme se přesvědčili, že hlouběji se už nedostaneme. Všechny možnosti moderní techniky byly vyčerpány. Zdálo se, jako by Země už nechtěla odhalovat svá tajemství. Vrtání se zastavilo v roce 1992.
VÝZKUMNÉ PRÁCE. CÍLE A METODY
Jedním z velmi důležitých cílů vrtání bylo získat jádrový sloupec vzorků hornin po celé délce vrtu. A tento úkol je splněn. Nejdelší jádro na světě bylo označeno jako pravítko do metrů a umístěno v příslušném pořadí do krabic. Číslo krabice a čísla vzorků jsou uvedeny nahoře. Skladem je téměř 900 takových krabic.
Teď už zbývá jen studovat jádro, které je při určování struktury horniny, jejího složení, vlastností a stáří opravdu nepostradatelné.
Ale vzorek horniny vytažený na povrch má jiné vlastnosti než v masivu. Zde, nahoře, je osvobozen od obrovského mechanického namáhání, které existuje v hloubce. Při vrtání praskl a nasytil se vrtnou kapalinou. I když znovu vytvoříte hluboké podmínky ve speciální komoře, parametry naměřené na vzorku se stále liší od parametrů v poli. A ještě jeden malý „škyt“: na každých 100 m vrtané studny se nezíská 100 m jádra. V SG byla z hloubek větších než 5 km průměrná vydatnost jádra jen asi 30 % a z hloubek větších než 9 km to byly někdy jen jednotlivé plaky o tloušťce 2-3 cm, odpovídající nejodolnějším vrstvám.
Takže jádro získané z vrtu pomocí SG neposkytuje úplné informace o hluboko uložených horninách.
Vrty byly vrtány pro vědecké účely, takže byla využita celá řada moderních výzkumných metod. Kromě těžby jádra byly nutně prováděny studie vlastností hornin v jejich přirozeném výskytu. Technický stav studny byl neustále sledován. Měřili teplotu v celém vrtu, přirozenou radioaktivitu - gama záření, indukovanou radioaktivitu po pulzním ozáření neutrony, elektrické a magnetické vlastnosti hornin, rychlost šíření elastických vln a zkoumali složení plynů ve vrtu.
Až do hloubky 7 km byla použita sériová zařízení. Práce ve větších hloubkách a při vyšších teplotách vyžadovala vytvoření speciálních tepelně a tlakově odolných zařízení. Zvláštní potíže nastaly během poslední fáze vrtání; když se teplota ve vrtu přiblížila 200°C a tlak přesáhl 1000 atmosfér, sériová zařízení již nemohla fungovat. Geofyzikální konstrukční kanceláře a specializované laboratoře několika výzkumných ústavů přišly na pomoc a vyrobily jednotlivé kopie tepelně a tlakově odolných přístrojů. Po celou dobu jsme tedy pracovali pouze na domácím vybavení.
Stručně řečeno, studna byla prozkoumána dostatečně podrobně do celé její hloubky. Výzkum probíhal po etapách, cca 1x ročně, po prohloubení vrtu o 1 km. Pokaždé poté bylo provedeno posouzení spolehlivosti obdržených materiálů. Odpovídající výpočty umožnily určit parametry konkrétního plemene. Objevili určité střídání vrstev a už věděli, s jakými horninami jsou kaverny spojeny a s nimi spojenou částečnou ztrátu informací. Naučili jsme se doslova identifikovat kameny od „drobků“ a na tomto základě znovu vytvořit úplný obraz toho, co studna „skrývala“. Zkrátka bylo možné sestrojit detailní litologický sloup – ukázat střídání hornin a jejich vlastnosti.
Z VLASTNÍ ZKUŠENOSTI
Zhruba jednou za rok, když byla dokončena další etapa vrtání - prohloubení vrtu o 1 km, jsem také zašel na SG provést měření, která mi byla svěřena. V této době byla studna obvykle vymyta a zpřístupněna k výzkumu na měsíc. Čas plánované zastávky byl vždy předem znám. S předstihem dorazil i telegram vyzývající k práci. Zařízení bylo zkontrolováno a zabaleno. Formality související s uzavřenými pracemi v pohraničním pásmu byly dokončeny. Nakonec je vše vyřešeno. Jdeme.
Naše skupina je malý přátelský tým: vývojář vrtných nástrojů, vývojář nového pozemního vybavení a já, metodik. Přicházíme 10 dní před měřením. Seznamujeme se s údaji o technickém stavu studny. Vypracujeme a schválíme podrobný program měření. Zařízení montujeme a kalibrujeme. Čekáme na hovor - hovor ze studny. Je řada na nás, abychom se „potopili“ do třetice, ale pokud naši předchůdci odmítnou, studnu nám poskytneme. Tentokrát je s nimi vše v pořádku, prý skončí zítra ráno. S námi jsou ve stejném týmu geofyzici - operátoři, kteří zaznamenávají signály přijímané ze zařízení ve vrtu a řídí všechny operace pro spouštění a zvedání hlubinných zařízení, stejně jako mechanici na kladkostroji, řídí odvíjení stejných 12 km kabelu z buben a na něj, na kterém je zařízení spuštěno do studny. Ve službě jsou i vrtači.
Práce začala. Zařízení je spuštěno do studny několik metrů. Poslední kontrola. Jdeme. Klesání je pomalé - asi 1 km/h, s nepřetržitým sledováním signálu přicházejícího zespodu. Zatím je vše dobré. Jenže na osmém kilometru se signál zaškubal a zmizel. To znamená, že něco není v pořádku. Plný výtah. (Pro jistotu jsme připravili druhou sadu vybavení.) Začínáme kontrolovat všechny detaily. Tentokrát se ukázalo, že kabel je vadný. Je nahrazován. To trvá déle než jeden den. Nový sestup trval 10 hodin. Nakonec osoba, která sledovala signál, řekla: "Dorazili jsme na jedenáctý kilometr." Příkaz pro operátory: "Spustit nahrávání." Co a jak se plánuje předem podle programu. Nyní musíte v daném intervalu několikrát spustit a zvednout vrtací nástroj, abyste mohli provést měření. Tentokrát zařízení fungovalo dobře. Nyní je to plný vzestup. Zvedli to na 3 km a najednou naviják zavolal (je to muž s humorem): "Lano je u konce." Jak?! Co?! Běda, kabel se zlomil... Na dně zůstal ležet vrtací nástroj a 8 km kabelu... Naštěstí to o den později dokázali vrtači posbírat pomocí metod a zařízení vyvinutých místními řemeslníky k odstranění takových mimořádné události.
VÝSLEDKY
Cíle stanovené v projektu ultrahlubokého vrtání byly splněny. Bylo vyvinuto a vytvořeno speciální zařízení a technologie pro ultrahluboké vrtání a také pro studium vrtů vrtaných do velkých hloubek. Informace o fyzikálním stavu, vlastnostech a složení hornin v jejich přirozeném výskytu a ze vzorků jádra do hloubky 12 262 m jsme získali, dalo by se říci, „z první ruky“.
Studna dala vynikající dar vlasti v malých hloubkách - v rozmezí 1,6-1,8 km. Byly tam otevřeny průmyslové měděnoniklové rudy - objeven nový rudní horizont. A to se hodí, protože místní niklovně už dochází ruda.
Jak bylo uvedeno výše, geologická předpověď vrtné části se nenaplnila (viz obrázek na str. 39). Obrázek, který se očekával během prvních 5 km ve studni, se protáhl na 7 km a pak se objevily zcela nečekané kameny. Čediče předpovídané v hloubce 7 km nebyly nalezeny, ani když klesly na 12 km.
Očekávalo se, že hranicí, která dává největší odraz při seismické sondáži, je úroveň, kde se žuly přeměňují na odolnější čedičovou vrstvu. Ve skutečnosti se ukázalo, že se tam nacházejí méně pevné a méně husté puklinové horniny - archejské ruly. Tohle se nikdy nečekalo. A to jsou zásadně nové geologické a geofyzikální informace, které nám umožňují interpretovat data hlubinného geofyzikálního výzkumu odlišně.
Údaje o procesu tvorby rudy v hlubokých vrstvách zemské kůry se také ukázaly jako neočekávané a zásadně nové. V hloubkách 9-12 km se tak nacházely vysoce porézní puklinové horniny nasycené vysoce mineralizovanými podzemními vodami. Tyto vody jsou jedním ze zdrojů tvorby rud. Dříve se věřilo, že to bylo možné pouze v mnohem mělčích hloubkách. Právě v tomto intervalu byl zjištěn zvýšený obsah zlata v jádře - až 1 g na 1 tunu horniny (koncentrace považovaná za vhodnou pro průmyslový rozvoj). Bude ale někdy výhodné těžit zlato z takových hloubek?
Změnily se i představy o tepelném režimu zemského nitra a hlubokém rozložení teplot v oblastech čedičových štítů. V hloubce více než 6 km byl získán teplotní gradient 20°C na 1 km místo očekávaných (jako v horní části) 16°C na 1 km. Bylo zjištěno, že polovina tepelného toku je radiogenního původu.
Po vyvrtání unikátního superhlubinného vrtu Kola jsme se hodně naučili a zároveň jsme si uvědomili, jak málo toho ještě víme o struktuře naší planety.
Kandidát technických věd A. OSADCHÝ.
LITERATURA
Kola superhluboká. M.: Nedra, 1984.
Kola superhluboká. Vědecké výsledky a výzkumné zkušenosti. M., 1998.
Kozlovský E. A. Světové fórum geologů. "Věda a život" č. 10, 1984.
Kozlovský E. A. Kola superhluboký. "Věda a život" č. 11, 1985.
Sredao.ru chatové vesnice z HABITAT
Řadové domy Sredao.ru od realitní kanceláře HABITAT
Ve druhé polovině 20. století svět onemocněl ultrahlubokým vrtáním. Ve Spojených státech připravovali nový program pro studium oceánského dna (Deep Sea Drilling Project). Glomar Challenger, postavený speciálně pro tento projekt, strávil několik let ve vodách různých oceánů a moří, na jejich dně vyvrtal téměř 800 vrtů, které dosáhly maximální hloubky 760 m. Výsledky pobřežních vrtů potvrdily v polovině 80. let teorie deskové tektoniky. Geologie jako věda se znovu zrodila. Mezitím Rusko šlo svou vlastní cestou. Zájem o problém, probuzený úspěchy Spojených států, vyústil v program „Studium nitra Země a ultrahluboké vrty“, nikoli však v oceánu, ale na kontinentu. Navzdory své staleté historii se zdálo, že kontinentální vrty jsou zcela novou záležitostí. Vždyť jsme mluvili o dříve nedosažitelných hloubkách – více než 7 kilometrů. V roce 1962 Nikita Chruščov tento program schválil, i když se řídil spíše politickými motivy než vědeckými. Nechtěl zaostávat za Spojenými státy.
Nově vytvořenou laboratoř na Institutu technologie vrtání vedl slavný ropný dělník, doktor technických věd Nikolaj Timofeev. Měl za úkol zdůvodnit možnost ultrahlubokých vrtů v krystalických horninách – žuly a ruly. Výzkum trval 4 roky a v roce 1966 vynesli odborníci verdikt - vrtat se dá, a ne nutně s technologií zítřka, stačí už existující zařízení. Hlavním problémem je teplo v hloubce. Podle výpočtů by se při pronikání do hornin, které tvoří zemskou kůru, měla zvýšit teplota o 1 stupeň každých 33 metrů. To znamená, že v hloubce 10 km bychom měli očekávat asi 300 °C a v 15 km - téměř 500 °C. Vrtací nástroje a nástroje takové teplo nevydrží. Bylo třeba hledat místo, kde nejsou hlubiny tak horké...
Takové místo bylo nalezeno - starověký krystalický štít poloostrova Kola. Zpráva zpracovaná v Ústavu fyziky Země uvedla: za miliardy let své existence se Kolský štít ochladil, teplota v hloubce 15 km nepřesahuje 150 °C. A geofyzici připravili přibližný řez podložím poloostrova Kola. Podle nich jsou prvních 7 kilometrů žulové vrstvy horní části zemské kůry, poté začíná čedičová vrstva. V té době byla obecně přijímána myšlenka dvouvrstvé struktury zemské kůry. Jak se ale později ukázalo, mýlili se fyzici i geofyzici. Místo vrtání bylo vybráno na severním cípu poloostrova Kola poblíž jezera Vilgiskoddeoaivinjärvi. Ve finštině to znamená „Pod Vlčí horou“, ačkoli na tomto místě nejsou hory ani vlci. Vrtání vrtu, jehož projektovaná hloubka byla 15 kilometrů, začalo v květnu 1970.
Ale
Zde si můžete poslechnout pekelné zvuky ze studny.
Film: Kola Superdeep: Poslední ohňostroj
Dnes vědecký výzkum lidstva dosáhl hranic sluneční soustavy: přistáli jsme s kosmickými loděmi na planetách, jejich satelitech, asteroidech, kometách, vyslali mise do Kuiperova pásu a překročili hranici heliopauzy. Pomocí dalekohledů vidíme události, které se odehrály před 13 miliardami let – kdy byl vesmír starý jen několik set milionů let. Na tomto pozadí je zajímavé zhodnotit, jak dobře známe naši Zemi. Jeho vnitřní strukturu nejlépe zjistíte vyvrtáním studny: čím hlubší, tím lepší. Nejhlubší studna na Zemi je Kola Superdeep Well neboli SG-3. V roce 1990 její hloubka dosáhla 12 kilometrů 262 metrů. Pokud tento údaj porovnáme s poloměrem naší planety, vyjde nám, že to je jen 0,2 procenta cesty do středu Země. Ale i to stačilo ke změně představ o struktuře zemské kůry.
Pokud si studnu představíte jako šachtu, kterou můžete výtahem sestoupit do samých hlubin země nebo alespoň pár kilometrů, tak to tak úplně není. Průměr vrtacího nástroje, kterým inženýři vrt vytvořili, byl pouhých 21,4 centimetrů. Horní dvoukilometrový úsek studny je trochu širší - byl rozšířen na 39,4 centimetru, ale přesto se tam člověk nemá jak dostat. Pro představu o proporcích studny by byla nejlepší analogie 57metrová šicí jehla o průměru 1 milimetr, na jednom konci o něco silnější.
Diagram studny
Ale i tato reprezentace bude zjednodušena. Při vrtání došlo na studni k několika nehodám - část vrtné kolony skončila pod zemí bez možnosti ji odstranit. Proto byl vrt několikrát znovu spuštěn, od značek sedm a devět kilometrů. Existují čtyři velké větve a asi tucet malých. Hlavní větve mají různé maximální hloubky: dvě z nich překračují hranici 12 kilometrů, další dvě ji nedosáhnou jen o 200-400 metrů. Všimněte si, že hloubka příkopu Mariana je o jeden kilometr menší - 10 994 metrů vzhledem k hladině moře.
Horizontální (vlevo) a vertikální projekce trajektorií SG-3
Yu.N. Jakovlev a kol. / Bulletin Vědeckého centra Kola Ruské akademie věd, 2014
Navíc by bylo chybou vnímat studnu jako olovnici. Vzhledem k tomu, že horniny mají v různých hloubkách různé mechanické vlastnosti, vrták se během práce odchýlil směrem k méně hustým oblastem. Proto ve velkém měřítku vypadá profil Kola Superdeep jako mírně zakřivený drát s několika větvemi.
Při přibližování se ke studni dnes uvidíme pouze horní část - kovový poklop, přišroubovaný k ústí dvanácti masivními šrouby. Nápis na něm byl proveden s chybou, správná hloubka je 12 262 metrů.
Jak se vrtal superhluboký vrt?
Pro začátek je třeba poznamenat, že SG-3 byl původně koncipován speciálně pro vědecké účely. Vědci si pro vrtání vybrali místo, kde se na povrch země dostaly prastaré horniny – staré až tři miliardy let. Jedním z argumentů během průzkumu bylo, že mladé sedimentární horniny byly dobře prozkoumány během těžby ropy a nikdo nikdy nevrtal hluboko do starověkých vrstev. Kromě toho zde byla velká ložiska mědi a niklu, jejichž průzkum by byl užitečným doplňkem vědeckého poslání vrtu.
Vrtání začalo v roce 1970. První část vrtu byla vrtána sériovou soupravou Uralmash-4E - obvykle se používala pro vrtání ropných vrtů. Úprava instalace umožnila dosáhnout hloubky 7 kilometrů 263 metrů. Trvalo to čtyři roky. Poté byla instalace změněna na Uralmash-15000, pojmenovaná podle plánované hloubky vrtu - 15 kilometrů. Nová vrtná souprava byla navržena speciálně pro superhloubku Kola: vrtání v tak velkých hloubkách vyžadovalo vážnou úpravu zařízení a materiálů. Například hmotnost samotné vrtné kolony v hloubce 15 kilometrů dosahovala 200 tun. Samotná instalace mohla zvednout břemena o hmotnosti až 400 tun.
Vrtací kolona se skládá z trubek navzájem spojených. Inženýři s její pomocí spouštějí vrtací nástroj na dno vrtu a zajišťuje i jeho provoz. Na konci kolony byly instalovány speciální 46metrové turbovrtáky poháněné proudem vody z povrchu. Umožňovaly otáčet nástrojem na drcení hornin odděleně od celého sloupu.
Bity, kterými se vrtací struna zakousá do žuly, evokují futuristické části robota - několik rotujících hrotových disků připojených k turbíně nahoře. Jeden takový vrták vystačil jen na čtyři hodiny práce – to přibližně odpovídá průchodu 7-10 metrů, po kterém je třeba celou vrtací kolonu zvednout, rozebrat a poté zase spustit. Samotné neustálé sestupy a výstupy trvaly až 8 hodin.
Dokonce i trubky pro sloup v Kola Superdeep Pipe musely být použity neobvyklým způsobem. V hloubce se teplota a tlak postupně zvyšují, a jak říkají inženýři, při teplotách nad 150-160 stupňů ocel sériových trubek měkne a hůře odolává mnohatunové zátěži - kvůli tomu se zvyšuje pravděpodobnost nebezpečných deformací a zvětšuje se zlomení sloupu. Proto vývojáři zvolili lehčí a žáruvzdorné hliníkové slitiny. Každá z trubek měla délku asi 33 metrů a průměr asi 20 centimetrů – o něco užší než studna samotná.
Ani speciálně vyvinuté materiály však nevydržely podmínky vrtání. Po prvním sedmikilometrovém úseku trvalo další vrty k hranici 12 000 metrů téměř deset let a více než 50 kilometrů potrubí. Inženýři se potýkali se skutečností, že pod sedmi kilometry byly horniny méně husté a rozlámané – pro vrták viskózní. Navíc samotný vrt zdeformoval svůj tvar a stal se eliptickým. V důsledku toho se sloup několikrát zlomil, a protože jej nemohli zvednout zpět, byli inženýři nuceni betonovat větev studny a znovu vyvrtat šachtu, čímž ztratili roky práce.
Jedna z těchto velkých havárií donutila vrtače v roce 1984 betonovat větev vrtu, která sahala do hloubky 12 066 metrů. Vrtání muselo začít znovu od hranice 7 kilometrů. Předcházela tomu pauza v práci s vrtem – v tu chvíli byla odtajněna existence SG-3 a v Moskvě se konal mezinárodní geologický kongres Geoexpo, jehož delegáti místo navštívili.
Podle očitých svědků neštěstí sloup po obnovení prací vyvrtal díru o dalších devět metrů níže. Po čtyřech hodinách vrtání se dělníci připravili zvednout sloup zpět, ale „nefungovalo to“. Vrtaři se rozhodli, že potrubí bylo „přilepeno“ někde ke stěnám studny, a zvýšili zdvihací výkon. Zátěž prudce klesla. Postupným rozebíráním sloupu na 33metrové svíčky se dělníci dostali k další části zakončené nerovným spodním okrajem: ve vrtu zůstalo turbovrtačka a dalších pět kilometrů trubek, které nebylo možné zvednout.
Hranice 12 kilometrů se vrtačkám podařilo znovu dosáhnout až v roce 1990, kdy byl stanoven potápěčský rekord - 12 262 metrů. Pak došlo k nové havárii a od roku 1994 byly práce na vrtu zastaveny.
Superhluboká vědecká mise
Obrázek seismických testů na SG-3
„Kola Superdeep“ Ministerstvo geologie SSSR, nakladatelství Nedra, 1984
Vrt byl studován pomocí celé řady geologických a geofyzikálních metod, od sběru jádra (sloupec hornin odpovídající dané hloubce) až po radiační a seismologická měření. Například jádro bylo odebráno pomocí jádrových přijímačů se speciálními vrtáky - vypadají jako trubky se zubatými okraji. Ve středu těchto trubek jsou otvory o průměru 6-7 centimetrů, kam padá kámen.
Ale i s tímto zdánlivě jednoduchým (až na nutnost zvednout toto jádro z mnohakilometrové hloubky) se objevily potíže. Kvůli vrtné kapalině, stejné, která uvedla vrták do pohybu, se jádro nasytilo kapalinou a změnilo své vlastnosti. Podmínky v hlubinách a na povrchu země jsou navíc velmi odlišné – vzorky praskaly vlivem tlakových změn.
V různých hloubkách se výtěžnost jádra velmi lišila. Jestliže se na pěti kilometrech od 100metrového segmentu dalo počítat s 30 centimetry jádra, pak v hloubkách více než devět kilometrů dostali geologové místo skalního sloupu sadu podložek z husté horniny.
Mikrofotografie hornin vytěžených z hloubky 8028 metrů
„Kola Superdeep“ Ministerstvo geologie SSSR, nakladatelství Nedra, 1984
Studie materiálu získaného z vrtu vedly k několika důležitým závěrům. Za prvé, strukturu zemské kůry nelze zjednodušit na složení několika vrstev. To již dříve naznačovala seismologická data – geofyzici viděli vlny, které jako by se odrážely od hladké hranice. Studie na SG-3 ukázaly, že taková viditelnost může nastat i při složitém rozložení hornin.
Tento předpoklad ovlivnil návrh studny - vědci očekávali, že v hloubce sedmi kilometrů šachta vstoupí do čedičových hornin, ale nepotkali se ani na hranici 12 kilometrů. Geologové ale místo čediče objevili horniny, které měly velké množství puklin a nízkou hustotu, což se z mnohakilometrové hloubky vůbec nedalo očekávat. V puklinách byly navíc nalezeny stopy podzemní vody – dokonce se předpokládalo, že vznikly přímou reakcí kyslíku a vodíku v tloušťce Země.
Mezi vědeckými výsledky byly i aplikované - např. v malých hloubkách geologové našli horizont měděnoniklových rud vhodných pro těžbu. A v hloubce 9,5 kilometru byla objevena vrstva geochemické zlaté anomálie – v hornině byla přítomna mikrometrová zrna nativního zlata. Koncentrace dosahovaly gramů na tunu horniny. Je však nepravděpodobné, že by těžba z takových hloubek byla někdy zisková. Ale samotná existence a vlastnosti zlatonosné vrstvy umožnily objasnit modely vývoje minerálů - petrogenezi.
Samostatně bychom měli mluvit o studiích teplotních gradientů a záření. Pro tento druh experimentů se používají hlubinné nástroje spuštěné na ocelových lanech. Velkým problémem bylo zajistit jejich synchronizaci s pozemním zařízením a také zajistit provoz ve velkých hloubkách. Potíže nastaly například s tím, že se kabely o délce 12 kilometrů natáhly asi o 20 metrů, což mohlo značně snížit přesnost dat. Aby tomu zabránili, geofyzici museli vytvořit nové metody pro označování vzdáleností.
Většina komerčních přístrojů nebyla navržena pro provoz v drsných podmínkách nižších úrovní vrtu. Pro výzkum ve velkých hloubkách proto vědci použili zařízení vyvinuté speciálně pro Kola Superdeep.
Nejdůležitějším výsledkem geotermálního výzkumu jsou mnohem vyšší teplotní gradienty, než se očekávalo. V blízkosti povrchu byla rychlost nárůstu teploty 11 stupňů na kilometr, do hloubky dvou kilometrů - 14 stupňů na kilometr. V intervalu od 2,2 do 7,5 kilometru se teplota zvyšovala rychlostí blížící se 24 stupňům na kilometr, i když stávající modely předpovídaly hodnotu jedenapůlkrát nižší. Díky tomu již v hloubce pěti kilometrů přístroje zaznamenaly teplotu 70 stupňů Celsia a o 12 kilometrů tato hodnota dosáhla 220 stupňů Celsia.
Ukázalo se, že superhlubinný vrt Kola je na rozdíl od jiných vrtů - například při analýze uvolňování tepla hornin ukrajinského krystalického štítu a batolitů Sierra Nevada geologové ukázali, že uvolňování tepla s hloubkou klesá. V SG-3 naopak rostla. Navíc měření ukázala, že hlavním zdrojem tepla, poskytujícím 45-55 procent tepelného toku, je rozpad radioaktivních prvků.
Navzdory skutečnosti, že hloubka studny se zdá být kolosální, nedosahuje ani třetiny tloušťky zemské kůry v Baltském štítu. Geologové odhadují, že základna zemské kůry v této oblasti probíhá přibližně 40 kilometrů pod zemí. Proto, i kdyby SG-3 dosáhla plánovaného 15kilometrového omezení, stále bychom nedosáhli pláště.
To je ambiciózní úkol, který si američtí vědci stanovili při vývoji projektu Mohol. Geologové plánovali dosáhnout hranice Mohorovicic - podzemní oblasti, kde dochází k prudké změně rychlosti šíření zvukových vln. Předpokládá se, že souvisí s hranicí mezi kůrou a pláštěm. Za zmínku stojí, že vrtaři zvolili jako místo pro vrt oceánské dno poblíž ostrova Guadalupe – vzdálenost k hranici byla jen pár kilometrů. Hloubka samotného oceánu zde však dosahovala 3,5 kilometru, což výrazně zkomplikovalo vrtné operace. První testy v 60. letech umožnily geologům vrtat vrty pouze do 183 metrů.
Nedávno se vešlo ve známost o plánech na vzkříšení projektu hlubinných vrtů s pomocí výzkumné vrtné lodi JOIDES Resolution. Geologové si jako nový cíl vybrali bod v Indickém oceánu nedaleko Afriky. Hloubka hranice Mohorovicic tam je jen asi 2,5 kilometru. V prosinci 2015 - lednu 2016 se geologům podařilo vyvrtat vrt hluboký 789 metrů - pátý největší podvodní vrt na světě. Tato hodnota je však pouze poloviční oproti tomu, co bylo požadováno v první fázi. Tým se však plánuje vrátit a dokončit, co začal.
***
0,2 procenta cesty do středu Země není tak působivé ve srovnání s rozsahem cestování vesmírem. Je však třeba vzít v úvahu, že hranice Sluneční soustavy neprochází podél oběžné dráhy Neptunu (nebo dokonce Kuiperova pásu). Gravitace Slunce převažuje nad gravitací hvězd až do vzdálenosti dvou světelných let od hvězdy. Pokud si tedy vše pečlivě spočítáte, vyjde vám, že Voyager 2 letěl jen desetinu procenta cesty k okrajům naší soustavy.
Proto bychom neměli být naštvaní tím, jak špatně známe „vnitřnosti“ naší planety. Geologové mají vlastní dalekohledy – seismický výzkum – a vlastní ambiciózní plány na dobytí podloží. A pokud se astronomům již podařilo dotknout se významné části nebeských těles ve sluneční soustavě, pak pro geology to nejzajímavější teprve čeká.
Vladimír Koroljov
