中国发布向地球深部进军的新成果!“入地”比“上天”更难

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  出品:科普中国

  制作:中国地质调查局科普办公室王莉王稳石侯贺晟章茵丁群安郭俊丽张凡

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  2018年5月26日,自然资源部中国地质调查局对社会公布了“向地球深部进军”——松辽盆地大陆深部科学钻探工程的重大成果。

  

  (“松科二井”全景)

  “松科二井”目前的完钻深度,已经让它成为亚洲国家实施的最深大陆科学钻井。

  当然,这次发布的重大成果不只有“深度”这么简单。整个工程攻克了超高温钻探和大口径取心等重大技术难题、推动了核心技术的自主创新,实现了大陆科学钻探技术上的多项突破,工程获取的415万组24TB的深部实验数据,将成为打开地球深部奥秘的“金钥匙”。

  那么,“松科二井”到底是个啥?我们为什么要向地球深部进军?未来我们会继续钻探吗?

  走,让我们一探究竟!

  “松科二井”是个啥?

  “松科二井”是自然资源部中国地质调查局组织实施的松辽盆地大陆深部科学钻探工程,完钻深度7018米,是亚洲国家实施的最深大陆科学钻井,也是国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井。

  工程超额完成了预定目标,实现了理论、技术、工程、装备的重大突破,为抢占深部钻探技术国际制高点奠定了坚实的基础,对保障国家能源安全、建设“百年大庆”和实施“振兴东北老工业基地”战略具有重要意义。

  我们为什么要向地球深部进军?

  曾几何时,“上九天揽月,下五洋捉鳖”一直是人类探索自然的梦想。

  如今,人类的航天探测器已在太空留下足迹,深潜器也一次次突破洋底极限深度。然而,比起“上天下海”,人类的“入地”之旅却由于地壳岩石阻隔而困难重重。地球深处到底什么样?一直吸引着科学家们孜孜不倦地探索。

  若想对地球内部结构和物质成分进行探测,最直接、最有效和最可靠的方法是向地球纵深打一口科学钻探井,将人类的“视距”向地球内部延伸数千米甚至上万米,进而一探究竟。

  通过科学钻探,在地质学方面,可以研究地球深部构造及演化、地球深部流体及其作用,校验地球物理探测结果;在资源能源开发利用方面,可以研究成矿理论、油气成因,调查和开发深部热能;在环境科学方面,可以研究地震成因、火山喷发机理、地质灾害预警、地球气候演变、生命演化历史。因此,科学钻探被形象地誉为了解地球内部信息的“望远镜”。

  

  (钻探示意图)

  “松科二井”大事记

  从2012年5月现场探勘,到2018年3月18日7018米井深完钻,工程人员和科研人员付出了艰辛的努力。

  

  “松科二井”都取得了哪些科学成果?

  1.发现了松辽盆地深部两种清洁能源具有良好的勘探开发前景

  完整揭示了深部页岩气资源潜力 。在松辽盆地深部凹陷带沙河子组和火石岭组(3350 米以深)地层中发现页岩气气测异常43层,累计厚度102米,甲烷占全烃组分平均含量的86%,异常幅度与背景值的平均比值为 14.77,证实了松辽盆地深部存在有利的页岩气层系。

  首次发现了具备开发条件的盆地型干热岩地层。在井深 4400 米—7018 米发现温度150℃ ~240℃高温干热岩体和2层含高放射性元素异常地层,热流值为84毫瓦/平方米,展示了松辽盆地具有良好的地热能开发应用潜力。

  

  (松辽盆地深部能源资源示意图)

  2.获得了白垩纪陆地古气候演变规律的三项重要证据

  实现了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画.建立了白垩纪地层演化的重要地质历史档案;重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,发现了各个时间尺度陆相气候变化的主要控制因素,为研究地球气候系统在温室气候条件下演变机制找到了新证据;发现了白垩纪气候波动重大事件,捕捉到大规模火山爆发排放二氧化碳引发陆相气候剧烈波动的重要信息,证实了气候快速变化是导致恐龙灭绝的诱发因素。

  3.取得了基础地质研究三项重大进展

  创建了完整的松辽盆地陆相地层标准剖面,建立了地层对比的“金柱子”;建立了松辽盆地演化新模式;首次发现了松辽盆地多次、短期海侵事件的新证据,丰富了白垩纪陆相生油理论,对松辽盆地深部油气勘探有重要的指导意义。

  “松科二井”实现了哪些技术突破?

  1.创新了超深井大口径取心技术体系

  在世界上首次研发并成功应用 311mm大口径一次取心成井技术;中空井底动力绳索取心、机械辅助无损出心技术; 研发出系列大口径长钻程取心钻具和系列国产涡轮钻具。

  

  (研发的KT 系列长钻程取心钻具)

  2.创造了钻探取心技术四项世界纪录

  创造了 311mm 口径单回次取心长度30m 纪录;

  创造了 216mm 口径在井深超 4700m单回次取心长度 41m 纪录;

  创造了 152mm 口径在超深井段单回次取心长度 33m 纪录;

  创造了 311mm 超大口径超千米连续取心(1650m)纪录。

  

  (获得的松科二井超大直径岩芯)

  3.攻克了超高温钻井技术难题

  研发成功超高温的水基钻井液体系、固井、随钻测温等系列技术和全金属涡轮钻具,创造了国内最高温度(241℃)条件下钻进新纪录。

  

  (钻井液循环示意图)

  “入地”难于“上天”,未来我们会继续“深钻”!

  科学钻探过程中会遭遇很多世界级难题,其中就包括地球的“三高”(高温、高压、高地应力)问题。在“三高”条件下,首先钻机的配件和电子元件能否正常工作?

  其次,在此条件下井壁岩石容易破碎,造成井壁垮塌、卡钻等井下事故。

  最后,从地表打至数千米深处,井斜度不能超过18度,由于无法有效地探知井斜的发生,这成为制约科学钻探的世界级难题。

  所以,表面上看是打一口井,实际上却是在考验一个国家的经济实力、基础工业实力和整个科技的发展水平。

  近半个多世纪以来,科学钻探一次又一次带给人们问号与惊叹,一次又一次推动地球科学取得重大突破,为人类了解地球内部、研究地球变化和勘探各种资源开辟了新的途径。

  中国在国际科学钻探项目中所获得的高水平的研究成果得到国际相关领域的普遍关注和高度评价。随着中国科技实力的增强,科学家们将继续“深钻”,按照国家目标做更多探索,并引领世界地球科学的发展!

  

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