特深科學鑽探是當今世界各大國競相開展的大型科學探索活動,是體現國家整體科學技術實力的代表性工程,也是「上天、下海、入地、登極」四大人類科學夢想中難度最大,迄今進展最慢的科學工程。這是一項耗資巨大、時間漫長、風險極高的工程。在技術上特深鑽探工程面臨著必須克服的三大關鍵問題:高溫、高壓、高地應力,目前還沒有成熟的技術來攻克這道難關。
世界主要國家和我國特深鑽探的發展歷程
從20世紀末開始,美、俄、德等國競相開展了深部科學鑽探活動。美國在俄克拉荷馬州於1974年創造了當時世界最深井的記錄——羅傑斯1井,井深9854米;前蘇聯最深的一口井達到了12262米,成為當今世界最深的鑽孔,並已成為世界第一個深部實驗室;德國在海西縫合帶的結晶地塊中,先後施工了一個4000.1米深和一個9101米深的鑽孔;英國、法國、義大利、日本、瑞典、墨西哥等國也都開展過陸殼深部科學鑽探。
我國科學家從20世紀70年代開始,就在呼籲開展中國大陸深部科學鑽探。進入21世紀後,國家終於批准這項工作。2000年-2007年,中國大陸科學鑽探工程(CCSD),在江蘇省東海縣實施了中國第一口科學鑽探,深度達到5158米。該工程建成了亞洲第一個深部地質作用長期觀測實驗基地。2008-2015年,實施了汶川地震科學鑽探工程。2008年原國土資源部啟動了深部探測技術與實驗研究(Sino Probe),歷時5年,到2012年的時候,便完成了國際上規模最大、多學科聯合的地球深部探測計劃。這期間還施工了西藏羅布莎、金川、騰衝、廬樅、銅陵、南嶺等科學鑽探工程。此外,松遼盆地科學鑽、青海湖環境科學鑽以及鈾礦科學鑽等重大工程。
2006年《國務院關於加強地質工作的決定》中明確提出:「實施地殼探測工程,提高地球認知、資源勘查和災害預警水平。」國務院《「十三五」國家科技創新規劃》中,擬啟動一批「面向2030國家重大科技項目」,其中地球深部探測作為「深地」的主題即將展開。有專項計劃擬安排施工一口13000米的世界最深的特深鑽孔,以及數口萬米左右的超神鑽孔。
為什麼要花費巨資開展萬米以上的特深科學鑽探呢?
首先,這是地球科學研究的需要 。人類對地球認知少之又,儘管近年來通過大洋和陸科學鑽探以及地質球物理的研究獲得了很多新論、認識,但是還有太未解之謎。探測地球深部結構、物質組成和行為的「科學」與技術,已經發達國家優先部署的國戰略。在技術上正從探測轉向觀和監,對地靜態結構球內部運動變化態過程的實時觀測和監方向發展。而最能抗幹擾點在地下深處,要埋設長觀儀器,建立深地測網,就必須打造通往地球深部的道。
其次,可以帶動深部能源、資勘查。中國工程院曾做過研究,我礦產勘查深度若能從平均500m增加的2000m,金屬資源量可以翻一番。塔裡木油田為例,勘查深度到了8000多米, 確實還有十分可觀的油氣資源。地熱是一種清潔綠色能我國優良質稟賦如果能利用好3000-10000米深的地熱資源,可以大量替代化石能解決氣汙染問題。
第三, 研發一套成熟、快速廉價的超深鑽探體系,為更多部提供技術支持。只要完成第一口特深鑽施工,我們就能獲得十分寶貴的經驗開發出整套裝備與技術體系,在今後更多的超深、特鑽施工中發揮出作用經過逐步完善就會形成一套熟技術體系,使今後的特深鑽施工取樣更多、速度快成本低從而也就能在關鍵地址上打出越來深的鑽孔,取得更豐富資料。
總而言之,可將大陸科學鑽探計劃的目歸結為「更好地了解殼內部構動力學和演變而進行的關於地殼深處物理狀態化以及過程基本研究。」
參考文獻:王達、張偉、賈軍等,特深科學鑽探的關鍵問題