На суше и на море 1984(24)

ПРОРЫВ В ЦАРСТВО ПЛУТОНА

Место, где земная наука сейчас глубже всего проникла в недра нашей планеты. находится на Кольском полуострове — в Само! северо-западной части нашей страны, неподалеку от советско-норвежской границы Вокруг неуютные заполярные сопки. Ни деревца. Мхи. Разливы озер. Серое низкое полярное небо.

Среди этого неброского северного пейзажа высится, словно дозорная башня, здание сверхглубокой буровой установки. К сожалению, о далеких звзездах и планетах мы знаем больше, чем о недрах Земли, по которой каждый день ступаем ногами. Путь в царство Плутона гораздо сложнее и тернистее, чем в космос. Каждый шаг на этом пути дается с колоссальным трудом. Если бур углубляется в оболочку нашей планеты на 6 — 7 км, это уже событие. А еще глубже — событие экстраординарное. Рекордные скважины крупнейшей индустриальной державы капиталистическою мира — США сумели превысить голько девятикилометровый рубеж и углубиться на 9159 и 958З м. На Кольской скважине намного превзошли американцев. Еще в 1981 г. здесь пройден 11-километровый рубеж, и штурм земных глубин продолжается.

Снаружи сверхглубокая буровая не производит впечатления грандиозности. От злых ветров, дождей и снегов вышка надежно укрыта гофрированными щитами. Они да длинное приземистое здание лаборатории и подсобных помещений скрадывают размеры уникальной буровой. Только попав внутрь, ощущаешь всю грандиозность этого сооружения Трубы уходят далеко ввысь, так что, лаже запрокинув голову, еле различаешь точку, где они смыкаются. Эта громадная высота, простор буровой создают ощущение какого-то индустриального храма. Длинные отрезки труб, которые, «стыкуясь», уходят в глубь Земли, именуются «свечами». Каждая из них по 37 м длиной. Делаются они из легких сплавов, а на разогретых концах здесь же, в горизонтальной «пристройке» у буровой, навинчивают стальные замки. которые позволяют соединить «свечи» в двенадцатикилометровую трубу. Дефектоскопический аппарат придирчиво просвечивает металл: нет ли раковин, трещин, иначе ведь вся эта многокилометровая махина может оборваться.

Механическая рука ловко отвинчивает «свечи» и передает автоматически спуско-подъемному механизму, который ставит их в «подстаканники», сделанные с двух сторон буровой. И вот наконец полураметровый талевый блок размерим с колесо гигантского БелАЗа вытягивает из глубины скважины последнее звено с турбобуром. На конце щетинится зубьями буровая головка. которая вгрызается в глубины Земли.

— Долото помыть и срочно в галерею. — раздается в динамиках голос дежурного смены из пульта управления.

Очередной десяток метров тайн извлечен на поверхность. Теперь надо срочно проверить буровой механизм, и снова рейс в недра Земли.

На Кольской скважине бурение идет медленно, ступенька за ступенькой. Это у промысловых скважин задача — быстрее прорваться к рудному телу, газоносному или нефтеносному пласту и отдать людям богатства земли. А задача Кольской буровой — исследования. Поэтому здесь пробурят десяток метров. возьмyr столбик породы — и наверх, в лабораторию.

Эта буровая — инструмент познания. Инструмент сложный, уникальный. Достаточно сказать, что одних только раз-личных электрических машин здесь больше сотни. Их обшей мощности вполне хватило бы, чтобы обеспечить энергией небольшой город. Одною металла, не считая бурильных труб, на механическую часть пошло 2200 т. Очистные сооружения для бурового раствора — сложнейшая, тонкая система фильтров.

Фото. На Кольском полуострове, среди сопок, окружающих заполярный город Никель, теперь земная наука глубже всего проникла в недра нашей планеты

Создатели этой сложнейшей установки — Г. Алексеевский. В. Рудоискатель и другие — вложили немало выдумки, изобретательности в каждый узел, в каждую систему. Создавалась эта уникальная буровая на знаменитом «Уралмаше». После войны, когда он перешел на производство мирной продукции, здесь начали разрабатывать отечественные установки для глубокого бурения. Благодаря им страна получила нефть Поволжья, Сибири. А теперь идет штурм самых больших глубин Земли. Ради знания. Ради науки. Земная кора нашей планеты напоминает слоеный пирог. Самый верхний — наиболее молодой — слой составляют породы, рожденные вулканической деятельностью или осадочными процессами. Ниже идет коренной гранитный слой а под ним еще более древний — базальтовый. Дальше уже простирается мантия, смыкающаяся с загадочным яд-ром нашей планеты. Практически все данные о толщине этих слоев, их структуре ученые пока получали лишь косвенными, в частности геофизическими, методами, изучая характер распространения природных или искусственно вызванных сейсмических волн, исследуя гравитационное поле Земли и используя электромагнитное зондирование и некоторые другие методы. Все это с поверхности Земли.

А теперь впервые получена возможность познавать недра Земли на больших глубинах прямыми геологическими методами и обрабатывать извлеченные образцы пород с помощью мощного арсенала лабораторных исследовательских средств. А ведь это примерно то же самое, что дать возможность астроному. который всю жизнь рассматривал какую-то планету в телескоп, вдруг самому оказаться там, да еще во всеоружии самых современных средств познания.

Кольская скважина бурится в одном из интереснейших в геологическом отношении районов — на так называемом Балтийском кристаллическом щите. Он сложен из самых древних пород — архейской и протерозойской эры, Архэос — по-гречески означает «первоначальный», а протерос — «более ранний». Из названий видно, что эти эры относятся к наиболее ранней стадии формирования земной коры. Поэтому щиты земной коры представляют огромный интерес для ученых. Каждый метр в глубь Кольской скважины — это одновременно и путешествие в прошлое. И чем глубже, тем древнее оно. Здесь мы можем исследовать породы, возраст которых лежит в пределах от 1,5 до 3 млрд. лет.

К этому надо добавить, что Кольская скважина лишь часть советской программы сверхглубокого бурения. В Азербайджане, близ местечка Саатлы, идет бурение прикаспийских недр аналогичной скважиной. Пройдено уже более 8 км. Она бурится в сравнительно молодых осадочных породах, возраст которых не превышает 600 млн. лет. Планируется заложить сверхглубокие скважины в районе металлорудного Урала, нефтегазоносной Тюмени и в других геологически интересных местах. Каждая из них будет, несомненно, иметь колоссальную ценность для науки. Об этом, пожалуй, лучше всего свидетельствуют результаты, уже полученные на Кольской буровой.

В одной из лабораторий, где мы беседуем с главным геологом Кольской геологоразведочной экспедиции сверхглубокого бурения В. Ланевым, множество стеллажей с разноцветными цилиндриками пород — от белых до угольно-черных. Здесь размещается часть кернохранилища — своеобразной «библиотеки» пород, извлеченных из Кольских глубин. Каждый из этих цилиндриков таит множество неожиданностей, с которыми пришлось столкнуться геологам.

— Полученные нами за последние годы результаты, — говорит Владимир Степанович, — заставляют пересмотреть многие существующие представления. Геофизики раньше могли совершенно свободно строить свои прогнозы — проверить практически их было невозможно. Теперь же в наших руках факты, а это, как известно, вещь упрямая.

Бурение мы ведем в Печенгском районе, где сосредоточены большие запасы никелевых руд и поэтому хорошо изученном. Достаточно сказать, что до этого было пробурено свыше миллиона метров разведочных скважин, но на большую глубину не уходили. Считалось, что месторождения никелевых руд должны располагаться недалеко от поверхности — на глубине 700 м. А наша скважина на глубине 1600 — 1800 м вскрыла рудное тело с промышленным содержанием меди и никеля. При нынешней ситуации с сырьевой базой одно это уже, на мой взгляд, оправдало затраты на сооружение сверхглубокой буровой. И конечно, еще большее значение для будущего имеют научные данные.

Из рассказа Владимира Степановича я понял, что все эти годы скважина приносила один сюрприз за другим. Прежде всего толщина верхнего слоя вулканогенных пород протерозоя с возрастом 1500 — 1700 млн. лет гораздо мощнее, чем предполагалось. Ожидалось, что переходная зона пород протерозоя в более древнюю — архейские породы, возраст которых не менее 2 млрд. лет, находится на глубине 4500 — 4700 м, а на самом деле оказалась на глубине 6800 м. Как видите, разница свыше 2 км! Геофизическими методами регистрировались границы каких-то пологих разрывов, трещин, а не переходные зоны типов горных пород.

Впервые в мире Кольская скважина пересекла так называемую границу Конрада, где регистрируется резкое изменение скоростей распространения сейсмических волн. По существовавшим представлениям, она отделяет гранитный слой земной коры от базальтового. Наземными методами в районе Кольской скважины эта граница определялась на глубине 7 км. Но вот они были пройдены, а в извлеченных кернах продолжал поступать гранит, базальтов не было. И нет до сих пор! Значит, разделение земной коры на гранитный и базальтовый слои весьма условное! Видимо, дело тут в изменении физических свойств пород, а не их состава.

Сюрпризом стало и повышение температуры с глубиной. Считалось, что Балтийский щит — древнее, хорошо остывшее образование и температура здесь будет повышаться на один градус примерно на каждые 100 м. По расчетам, на глубине 15 км она должна была составить около 140 градусов. До 3-километровой глубины все шло по расчетам, но затем начался резкий подъем температуры. На градус она стала повышаться через каждые 40 м. И на 11-километровой глубине уже превысила 180 градусов. Значит, щиты нашей планеты не «мертвые», плавающие на базальтовой подошве блоки, а живая земная кора, только более древняя и остывшая снаружи.

С глубиной все время увеличивается давление. Когда была пройдена 11-километровая отметка, давление гидростатического столба раствора в скважине составляло около 1200 атм, а естественное давление горных пород на глубине — около 3000 атм. По идее такое давление должно было бы накрепко спрессовать все породы, не оставив никаких пустот между ними. Однако, к удивлению геологов, в скважине встречаются зоны сильной трещиноватости пород. Регистрируются притоки водных растворов и газов. Значит, на больших глубинах идут миграции солевых растворов, газов — земля и там как бы активно дышит. Процесс этот длится миллиарды лет. В растворах зарегистрированы бром, йод и тяжелые металлы, среди газов отмечены гелий, водород, азот и метан. Такая активность на больших глубинах заставляет по-новому взглянуть на процессы образования гидротермальных рудных месторождений, на проблему происхождения нефти.

Вызывает удивление специалистов, побывавших на скважине, тот факт, что 9 км пробурено в не обсаженном, как обычно, металлическими трубами стволе. Только верхние 2 км Кольской скважины защищены обсадными трубами. А глубже идет ствол одного и того же диаметра (опять в отличие от обычных скважин, которые бурятся как бы уступами, с глубиной все меньшего диаметра). И стоят стенки, не обрушиваются!

— Но с каждым новым метром глубины сложности увеличиваются для нас в геометрической прогрессии, — говорит главный инженер сверхглубокой буровой Иван Васильевич Васильченко. — Здесь, например, оказались идеальные условия для искривления. Раньше, когда бурили скважины на 2 км глубиной, допускалось отклонение от вертикали на целых 40 градусов. А нам нельзя допустить, чтобы искривление скважины превышало один градус на километр, иначе это вызовет повышенный износ труб или даже их обрыв. Это только одна из многочисленных трудностей, с которыми успешно справляется наш коллектив, работающий в трудных условиях Заполярья. И опыт, который здесь накапливается, поистине бесценен для будущего.

Действительно, как все сельское хозяйство нашей планеты существует за счет тончайшего слоя почвы, чаще всего в несколько десятков сантиметров толщиной, так и вся сырьевая минералогическая база пока охватывает глубины в основном в километр-два, редко в три-четыре. А что дальше, ведь запасы месторождений, близких к поверхности, не вечны, они истощаются?

Министр геологии СССР, лауреат Ленинской премии, профессор Е. А. Козловский уверен, что будущее за освоением все больших глубин, и поэтому уделяет особое внимание сверхглубокому бурению, проходке Кольской скважины.

— Уникальный материал о состоянии и характеристиках вещества земной коры на больших глубинах позволяет увереннее прогнозировать дальнейшее развитие минерально-сырьевой базы СССР, — считает Евгений Александрович. — Технико-технологические средства и накопленный опыт отечественной школы сверхглубокого бурения — хорошая основа для дальнейшего повышения эффективности проходки глубоких скважин на нефть, газ и твердые полезные ископаемые. Сверхглубокое бурение в комплексе с аэровысотными, космическими, геофизическими, геохимическими исследованиями, поисковыми и разведочными работами на суше и на море обеспечивает ускоренное развитие работ по геологическому изучению территории и увеличению разведанных запасов минерально-сырьевых ресурсов СССР.

...Сейчас бур Кольской скважины врезается в породу на глубине свыше 12 км. И каждый метр приносит новые откровения. Но даже когда будет достигнута проектная глубина, скважина не перестанет служить науке. Ученые собираются использовать ее в качестве уникальной обсерватории. На разные глубины можно будет опускать приборы и следить за дыханием земных недр. Земная наука получит своеобразный телескоп, который будет вести наблюдение за царством Плутона.

Борис Коновалов