超深孔地質鉆探的概念

  為研究地殼深部和上地幔地質與礦藏等情況而進行的鉆探工程，又稱科學鉆探。超深孔的深度定義，隨鉆探工程技術的發展而變化。目前，用旋轉鉆機施工深6 000 m以上，用巖心鉆機施工深3 000 m以上的鉆孔，統稱為超深孔。
 
  其目的主要有以下7個：①研究深部地質學、實施“國際巖石圈計劃”(ILP)的主要手  段之一；②探察地殼和上地幔的結構，研究其物質組分和礦產分布規律，研究新的成礦理論；③驗證深層地球物探探測資料；④探索地震預報新途徑；⑤在火山巖區勘探和開發”F熱巖”地熱能源；⑥作為地殼深部長期觀測孔站，裝置儀器長期觀測地磁、地電、地應力、地熱變化，掌握地殼活動規律，研究巖礦成因、變質作用、物相轉化、合成礦物的條件等；⑦作為地殼深部核廢料處理場。
 
  超深孔鉆探與一般的鉆探相比，有其特殊性。主要特點：①孔位應選在地殼盡可能裸露的結晶巖地區。②要盡量取出全套地層的地下地質實物資料，如巖心、巖屑側壁巖樣、液態和氣態樣；進行地球物理測井和采集信息資料。③為減輕鉆探設備的總重量、節約功率總消耗，使用高強度輕合金鉆桿；為保持長鉆桿柱(3 000-is 000 m)的高度穩定性、預防鉆孔彎曲，大量削減起下鉆次數，降低非生產時間和勞動強度，要采用與孔底動力機（渦輪鉆、螺桿鉆、沖擊回轉鉆）結合的繩索取心和孔底換鉆頭等新技術。④結晶巖堅硬，要研制全新式長壽命金剛石鉆頭。⑤由于鉆探工作是在高溫(150-400℃)、高壓(100 -150MPa)狀態下進行的，各類孔底動力機、鉆頭、測井儀器、電纜等都要提高耐高溫、高壓的能力，還必須采用抗高溫的鉆井液材料和處理劑。
 
  各國超深孔及其成果簡介（主要介紹蘇聯、美國、德國、中國等的情況）如下：
 
  (1)蘇聯20世紀60年代初，地質學家H．A．別利亞耶夫斯基等根據深部地球物理資料提出，為獲得整個地殼剖面，至少要在6個地區打超深孔。蘇聯國家科委為統一協調超深孔鉆探規劃，組建了“地球地下資源研究與超深孔鉆探部門科學委員會”，由E．A.科茲洛夫斯基任主席，有95個生產和科研單位參加。設計施工超深孔約18口。其中cr -1井設計深度12 000 m（烏拉爾的馬格尼托哥爾斯克復背斜）；cr -2井設計深度15 000 m(阿塞拜疆的薩阿特雷)；cr -3井設計深度15 000 m（科拉半島）。其他15口為6 000 m左右的衛星井。cr -3井到1986年3月已達12 300 m，居世界領先地位。
 
  超深鉆探中意外發現，在7 000-8 000 m深的巖層中，有礦化水和大量溫度達150℃的二氧化碳、氦、氫和碳氫化合物氣體；在巖石中還有20億年前的生物化石；火成巖比預估的要厚得多；預計在4 500 m左右遇到巖層，實際上在6 800m才遇到；過去認為地震波傳播速度突變處就是康拉德面（即地殼花崗巖與深部玄武巖的交界處），物探探測為7 000 m，而11 000 m還未遇到。這使水熱礦床和油氣形成的傳統理論遇到挑戰。蘇聯科學家認為，在4 700 m以下，用折射波識別地震波折射和多種巖石結構的單道地震速率來劃分層位是錯誤的。
 
  (2)美國。1961年，美國開始實施莫霍計劃(Mohole  Project)，在加利福尼亞灣外試鉆，此后在墨西哥西海岸外鉆到玄武巖，因多種原因而中途終止計劃的執行。1965年，美國組建了“海洋地球深部取樣聯合機構”(JOIDES)，由蘇、英、日、德等參加商定進行“深海鉆探計劃”。
 
  1968 -1983年正式執行“深海鉆探計劃”，用“格洛瑪挑戰者”號鉆探船航遍各大洋，在96個航次中共航行60萬km，在624個工作點上鉆了1 092個鉆孔，取巖心近9.8萬m，最大工作水深6 247 m，水下最大鉆進深度1412 m，鉆人玄武巖最深583 m，編成的《深海鉆探計劃初步報告》至1985年已達40多卷，對地球科學、海洋科學做出了巨大貢獻。
 
  1974年，美國在俄克拉荷馬州鉆成了羅杰斯1號超深孔，深9 583 m。1984年3月，在美國國家科學基金會領導下，由23所大學參加組建了地殼深部觀測與取樣組織(ECDOSO)。1985年一些科學家提出33份有關科學鉆探的建議，分設“大洋鉆探計劃”（ODP）及“大陸科學鉆探計劃”(CSDP)，這兩個計劃是相輔相成的，美國大陸共選定井位29處，1986年在索爾頓海的以研究地熱為主的第一口深孔于3月完工，井底溫度高達365℃。
 
  (3)德國。1985年，聯邦德國成立了“大陸深孔鉆探”(KTB)組織，在聯邦德國科技部(BMFT)領導下，選定兩個深孔孔位，代號分別為ENV和ZTT。ENV先導孔于1987年9月18日開鉆，孔深達到4 000.1m，于1988年4月完成。主孔設計深度為12 000 m，已于1990年9月正式開鉆。
 
  (4)中國。中國開展深部地質學研究已有多年，取得了一些成果，并參加了“國際巖石圈計劃”。1978年為石油勘探鉆成一口深7 175 m的超深井，1988年起已籌辦超深孔地質鉆探，目前已結束全部鉆探工作，井深5 500 m。
 
  (5)其他國家。法國、意大利、羅馬尼亞等分別鉆了多口超深孔。日本、澳大利亞等國參加了“深海鉆探計劃”和“大洋鉆探計劃”。