7018米！中國(guó)科學(xué)家“向地球深部進(jìn)軍”
新華社長(zhǎng)春6月3日電 題:7018米!中國(guó)科學(xué)家“向地球深部進(jìn)軍”
新華社記者高楠、孟含琪
繼“神舟”上天、“蛟龍”下海之后,中國(guó)科學(xué)家在地球深部的探索又迎來(lái)歷史性突破。
2日,吉林大學(xué)主要承擔(dān)研發(fā)的“地殼一號(hào)”萬(wàn)米鉆機(jī)正式宣布完成“首秀”:完鉆井深7018米,創(chuàng)造了亞洲國(guó)家大陸科學(xué)鉆井新紀(jì)錄,標(biāo)志著我國(guó)成為繼俄羅斯和德國(guó)之后,世界上第三個(gè)擁有實(shí)施萬(wàn)米大陸鉆探計(jì)劃專(zhuān)用裝備和相關(guān)技術(shù)的國(guó)家。
7018米深的松科二井,屬于我國(guó)實(shí)施的松遼盆地白堊系國(guó)際大陸科學(xué)鉆探工程,是國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃(ICDP)實(shí)施22年以來(lái)最深鉆井,也是全球首個(gè)鉆穿白堊紀(jì)陸相地層的科學(xué)鉆探井。
這是中國(guó)入地工程的一項(xiàng)標(biāo)志性成就,將為我國(guó)地球深部探測(cè)提供關(guān)鍵技術(shù)和裝備,拓展松遼盆地深部頁(yè)巖氣、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉纯辈殚_(kāi)發(fā)的新空間,引領(lǐng)全球白堊紀(jì)陸相古氣候研究,顯著提升我國(guó)在地質(zhì)歷史古氣候研究領(lǐng)域的國(guó)際影響力。
十年磨一“鉆”!“向地球深部進(jìn)軍”
科學(xué)鉆探是獲取地球深部物質(zhì)、了解地球內(nèi)部信息最直接、有效、可靠的方法,是地球科學(xué)發(fā)展不可缺少的重要支撐,也是解決人類(lèi)社會(huì)發(fā)展面臨的資源、能源、環(huán)境等重大問(wèn)題不可缺少的重要技術(shù)手段。
20世紀(jì)70年代以來(lái),很多發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)實(shí)施了多項(xiàng)科學(xué)鉆探計(jì)劃。具有代表性的有蘇聯(lián)科拉半島12262米超深鉆,是目前世界上最深井;德國(guó)KTB超深鉆,9101米,排名第二。
1996年2月,德國(guó)、美國(guó)和中國(guó)作為第一批成員,發(fā)起了國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃。目前,我國(guó)已成功申請(qǐng)到“大別—蘇魯”大陸超深鉆、中國(guó)環(huán)境科學(xué)鉆探青海湖工程、科鉆一井和二井工程等多項(xiàng)ICDP項(xiàng)目,在大陸科學(xué)鉆探領(lǐng)域取得令人矚目的成績(jī)。
工欲善其事,必先利其器。此前,我國(guó)地球物理的儀器主要依賴(lài)進(jìn)口,但國(guó)外高精度的儀器對(duì)我國(guó)是封鎖的。
“如果說(shuō)我們是‘小米加步槍’的部隊(duì),人家就是有導(dǎo)彈的部隊(duì)。”我國(guó)著名戰(zhàn)略科學(xué)家、國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專(zhuān)家、吉林大學(xué)交叉學(xué)部學(xué)部長(zhǎng)黃大年教授生前接受采訪時(shí)說(shuō)。他深知,這是國(guó)家發(fā)展無(wú)法回避與繞開(kāi)的話(huà)題,必須突破發(fā)達(dá)國(guó)家的裝備與技術(shù)封鎖。
參與“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專(zhuān)項(xiàng)”是黃大年回國(guó)后的第一項(xiàng)重要任務(wù)——擔(dān)任專(zhuān)項(xiàng)第9項(xiàng)目“深部探測(cè)關(guān)鍵儀器裝備研制與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”負(fù)責(zé)人。
該項(xiàng)目第五課題——“深部大陸科學(xué)鉆探裝備研制”,由吉林大學(xué)作為主要承擔(dān)單位進(jìn)行研發(fā),以滿(mǎn)足我國(guó)地球深部探測(cè)任務(wù)中對(duì)超深鉆探用高端裝備的需求。
經(jīng)過(guò)四年多的技術(shù)攻關(guān),2013年吉林大學(xué)成功研發(fā)了我國(guó)首臺(tái)萬(wàn)米大陸科學(xué)鉆探專(zhuān)用裝備“地殼一號(hào)”萬(wàn)米鉆機(jī),填補(bǔ)了我國(guó)在深部大陸科學(xué)鉆探裝備領(lǐng)域空白,大大提高了我國(guó)超深井科學(xué)鉆探裝備的技術(shù)水平。
攻堅(jiān)克難!中國(guó)科學(xué)家突破高溫、“取心”等技術(shù)難題
在我國(guó)東北部,松遼盆地靜臥在大小興安嶺和長(zhǎng)白山脈的懷抱中。2006年8月18日,在松遼盆地北部中央坳陷區(qū)開(kāi)鉆的中國(guó)白堊紀(jì)大陸科學(xué)鉆探工程(松科一井)分兩孔進(jìn)行。2007年10月20日,松科一井順利完鉆,總?cè)⌒倪M(jìn)尺為2577米,心長(zhǎng)共計(jì)2485米,為白堊紀(jì)地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化的后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
松科二井于2014年開(kāi)鉆,目標(biāo)是打穿松遼盆地白堊系,探索松遼盆地深部能源潛力,建立松遼盆地深部地層結(jié)構(gòu),尋求白堊紀(jì)氣候變化地質(zhì)證據(jù),研發(fā)深部探測(cè)技術(shù)。
“地殼一號(hào)”萬(wàn)米鉆機(jī)成為完成松科二井項(xiàng)目的不二選擇。“‘地殼一號(hào)’經(jīng)受住了考驗(yàn),鉆機(jī)無(wú)故障率達(dá)97.5%,最高日進(jìn)尺286米,充分體現(xiàn)出我國(guó)自主研發(fā)鉆機(jī)的能力。”松科二井工程總裝備師、“地殼一號(hào)”萬(wàn)米鉆機(jī)研發(fā)負(fù)責(zé)人、吉林大學(xué)副校長(zhǎng)孫友宏說(shuō),“地殼一號(hào)”突破了四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),一些技術(shù)甚至達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,使得我國(guó)鉆探裝備研發(fā)水平成功躋身國(guó)際第一梯隊(duì)。
如何保障鉆頭在持續(xù)超高溫下不“中暑罷工”,是科學(xué)家們面臨的重要問(wèn)題。松科二井工程總指揮、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所所長(zhǎng)張金昌介紹,鉆井越深,溫度越高,鉆井液的技術(shù)難度越大。松科二井每往下鉆進(jìn)100米,地下溫度會(huì)升高3至4℃,鉆到孔底的時(shí)候溫度已超過(guò)240℃。通過(guò)反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn),團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型鉆井液配方,經(jīng)受住了井底高溫的考驗(yàn),刷新了我國(guó)鉆井液應(yīng)用的最高溫度紀(jì)錄。
“鉆地”成功后科學(xué)家們又面臨“取心”的挑戰(zhàn)。在一個(gè)極不均勻和復(fù)雜的球體上“動(dòng)刀”,在保證鉆的井眼不能坍塌和崩裂的同時(shí),還要完整無(wú)缺地取出深部巖心,難度極大。
松科二井采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的大直徑同徑取心鉆探工具,使用鉆探工具直接鉆進(jìn)一個(gè)大井眼,并一次性鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)井眼直徑,攻克了大直徑取心鉆頭破碎巖石和粗大巖心抓取、攜帶出井等關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)。
如此一來(lái),既省去了傳統(tǒng)的“小徑取心,大徑擴(kuò)孔”過(guò)程中的諸多工序,避免了“從小井眼到大井眼”鉆進(jìn)過(guò)程中的很多風(fēng)險(xiǎn),也節(jié)約了大量物資,同時(shí),獲取的巖心樣品實(shí)物量也比設(shè)計(jì)量多了5倍。
入地7018米!開(kāi)啟中國(guó)“地學(xué)”新起點(diǎn)
在5月21日進(jìn)行的松科二井成果鑒定會(huì)上,李廷棟、康玉柱、武強(qiáng)、侯增謙、楊經(jīng)綏等院士及有關(guān)專(zhuān)家一致認(rèn)為,該成果實(shí)現(xiàn)了理論、技術(shù)、工程、裝備的重大突破,對(duì)拓展我國(guó)深部能源勘查開(kāi)發(fā)新空間、引領(lǐng)白堊紀(jì)古氣候研究和服務(wù)“百年大慶”建設(shè)具有重要意義。成果總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,在深部鉆探技術(shù)和白堊紀(jì)陸相古氣候研究方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
目前松科二井巖心已經(jīng)全部采集完畢,這將會(huì)在研究白堊紀(jì)古氣候演變以及未來(lái)人類(lèi)生存環(huán)境演化方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。“之所以研究白堊紀(jì),因?yàn)檫@一時(shí)期是離我們最近的溫室氣候時(shí)期,也是高二氧化碳、高海平面和高溫的‘三高’時(shí)期。搞清楚白堊紀(jì),對(duì)于研究未來(lái)地球演化——可能會(huì)進(jìn)入這種‘三高’時(shí)期具有重要借鑒意義。”松科二井首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士王成善說(shuō)。
王成善形容:“松科二井向整個(gè)地球科學(xué)界提供了一個(gè)大舞臺(tái)——首次重建了白堊紀(jì)陸相百萬(wàn)年至十萬(wàn)年尺度氣候演化歷史,發(fā)現(xiàn)了各個(gè)時(shí)間尺度陸相氣候變化的主要控制因素,為研究地球氣候系統(tǒng)在溫室氣候條件下演變機(jī)制找到新證據(jù)。”
通俗說(shuō),通過(guò)松科二井這一“時(shí)間隧道”,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)家基本還原了白堊紀(jì)的場(chǎng)景。
此外,7018米的松科二井還揭示了松遼盆地形成的原因、過(guò)程和結(jié)果,為支撐大慶油田未來(lái)50年發(fā)展,保證我國(guó)能源安全提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。
下一步,中國(guó)科學(xué)家將繼續(xù)研發(fā)15000米國(guó)產(chǎn)超深鉆探裝備系列,做好我國(guó)超萬(wàn)米大陸科學(xué)鉆探工程以及大型含油氣盆地科學(xué)鉆探工程的選址和實(shí)施工作。
人類(lèi)的征途不僅僅是星辰和大海,還有探索通向地球深處的隧道,更加貼近地聆聽(tīng)地球母親的“心跳”。
