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苏联为何提出“挖穿地球”计划?进展如何?

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一九七〇年五月,北极圈以南约七十公里的荒原冻土上,一台柴油引擎在凌晨的薄雾里被摇醒,钢缆开始从绞盘上退绕,七十多米高的井架顶端,天轮缓缓转动。

佩琴加地区的苔原刚刚化冻,地表是一层吸饱了雪水的泥炭,踩上去会陷到脚踝。

钻井队把第一根钻杆接上动力头的时候,太阳还没有越过东边的山脊。

这一天开始的作业,后来被记入吉尼斯世界纪录,称作“人类对地壳最深的一次入侵”。

而它最初的动作,不过是一根钢管朝着冻土之下垂直地沉下去。


在钻头触及岩层之前,有必要先看一眼大洋彼岸发生过什么。

一九六一年三月,美国“CUSSⅠ”号钻探船在墨西哥瓜达卢佩岛附近海域,从三千六百米水深的海底向下钻进,在穿透一百七十米厚的沉积层之后,取上来十四米长的玄武岩岩芯。

那是人类第一次用钻头触碰到大洋之下的硬岩基底,被视作向“莫霍面”进军的第一步。

莫霍面是地壳与地幔的分界,在大洋之下大约六到七公里,在大陆之下则深达三十到四十公里。

只要打穿它,就能直接看到地幔的原始物质。

但“莫霍钻”的预算在随后的几年里迅速膨胀,技术和管理问题接连出现,一九六六年八月,美国国会投票否决了拨款,计划宣告终止。

从第一口科学钻孔算起,美国人在海底断断续续推进了数百米,便收手了。



莫斯科看到了这个空隙。

六十年代末,苏联地质部长艾弗杰尼·柯兹洛夫斯基和他的同窗达维德·古贝尔曼向上面提出了一套大陆超深钻探方案,代号“地球望远镜”。

与美国人不同,苏联人把井位选在陆地上,而且刻意选在科拉半岛的波罗的海地盾——那里最古老的结晶岩直接出露地表,在莫斯科附近要钻七到十公里才能碰到的基底岩层,在这里几乎就踩在脚下。

这个选址意味着钻头不必先穿过厚厚的沉积盖层,从一开始就与最硬的岩石正面相遇。

后来担任最后一任主任的叶夫根尼·克利莫夫在回忆中把这一选择解释得很朴素:地质学家不想绕路,他们要找最近的门。

一九七〇年五月开钻时,用的是一台 serial 生产的“乌拉尔马什-4Э”钻机。

它并非为超深井设计,但在最初几千米里表现得足够听话。

井场设在佩琴加和扎波利亚尔内两座小城之间,冬天极夜漫长,夏天苔原上蚊虫成团。

钻井队分三班倒,每班八小时:八小时下放钻具,八小时钻进,八小时起升,起升之后检查钻头,能继续用就留着,不行就换。

日进尺并不恒定,岩层硬的时候一天只推进四米,运气好时也不过略多一些。

但方向没有变过,钻杆一根接一根往地下送,深度数字在报表上一行一行往上爬。

到一九七九年六月,这口井已经打破了当时的世界深度纪录。

一九八三年十二月二十七日,深度计指向了一万二千米。

从地表到七千米的那一段,进度快得让钻井队自己都有些意外;七千米以下,岩层的脾气变了,破碎带和裂隙增多,碎石塌落下来,卡住钻头和钻杆的事故开始反复出现。

但无论如何,一万二千米这个数字已经让科拉SG-3站在了所有人类钻孔的最前列。

克里姆林宫的决定是:暂时停下来,把井口收拾整齐,等一九八四年莫斯科国际地质大会的代表们来参观,让他们亲眼看一看苏联钻机是怎样从地壳深处往上提岩芯的。


参观结束之后,钻机重新启动。

一九八四年九月,当钻头在约一万二千零六十六米处继续向下时,钻柱断了。

断掉的不只是一根钢管,而是一整串从井口悬垂下去的钻杆组合,总重量超过两百吨,连接它们的铝钛合金接头在长期的交变载荷下出现了疲劳裂纹。

落鱼——钻井行业对井下落物的称呼——留在了一万多米深的孔底,打捞无望。

唯一的办法是从七千米处侧钻,绕过事故段,重新打一个分支。

这意味着五年多的进度被一笔勾销,所有深度要从七千米重新算起。

古贝尔曼后来向不熟悉钻井的人解释这件事时,用了一个厨房里的比喻:你要用一根线去刺穿一块黄油,线本身是软的,只能靠旋转和推力让它往下走;线越长,越难控制它在黄油里往哪个方向偏。

七千米以上的钻杆还勉强听话,到了一万米,钢柱在孔内不再是刚性的,它像一根被拉长的弹簧,扭一下井口,井底的钻头要等好几秒才有反应。

而岩层也在动,孔壁在高温高压下蠕变,钻杆稍一停转就可能被抱死。

克利莫夫说,七公里是一个“被诅咒的深度”,那里的事故几乎没有断过,SG-3最终有大约五个分支,最深的那一个才是一二二六二米。

温度是另一个从不妥协的对手。

设计者原本估算,十二公里深处的岩温大约在一百摄氏度上下。

实际测量给出的数字远远超出预期:十公里处已经接近一百八十摄氏度,十二公里处达到二百一十二至二百二十摄氏度。

钻头切削岩石产生的热量叠加在地热之上,使井底的工况比任何地面实验室都更难模拟。

钻井液在这样高的温度下性能衰减,冷却和携岩能力下降,钻头轴承的寿命被压缩到极短。

克利莫夫承认,当时缺乏一种在二百摄氏度以上仍能稳定工作的冲洗液,如果换用今天的化学体系,结果会不同。

但在八十年代,工程师手里没有那样的配方。


从一九八三年到一九九二年,深度从大约一万二千米推进到一万二千二百六十二米,净增二百多米。

最后这一段花掉的时间,比从零到一万米还要长。

每一趟起下钻都是一次漫长的消耗:八小时下,八小时钻,八小时起,而一趟只换来几十厘米到一两米的进尺。

钻头在井底的工作时间被高温压缩,起出来的牙轮常常已经磨损到无法辨认。

钻杆接头在一次又一次的扭矩循环中积累损伤,断钻的风险随着深度非线性上升。

克利莫夫的说法很平实:那里温度超过两百摄氏度,设备的资源不够了。

这不是某一个零件的失效,而是整套系统在物理极限前的同步衰退。

也正是在这口井最深的那些岩芯里,人们看到了意想不到的东西。

深度达到九千五百米时,岩芯中出现了含金的矿化层,个别样品金含量达到每吨八十克。

作为对照,地壳表层岩石中金含量超过每吨十克就已经算得上富矿。

消息传回地面,确实让钻井队和莫斯科的决策层都提起了精神,但从工程角度看,一万米以下的金矿没有任何现实开采的可能:要把矿石从那样的深度提升上来,成本远远超过黄金本身的价值。

同样让人意外的还有生命留下的痕迹。

在约九千米深处的岩芯中,研究人员辨认出了化能自养微生物的群落和古老的微生物化石,其年龄以亿年计。

这些发现后来被写进大量学位论文和学术报告,克利莫夫说,围绕SG-3完成的副博士和博士论文数量相当可观。


一口为“打穿地壳”而打的井,没有打穿地壳,却把生命存在的深度下限和地壳深部的矿化图景往前推了一大截。

然而,支撑一口超深井继续往下走的,从来不是岩芯带来的科学惊喜,而是持续不断的资金和工业能力。

每加深五百米,预算的计算基数和系数都会跳升,因为钻杆要更长、更强,钻井液要更耐温,井口设备要承受更大的自重。

一九九一年苏联解体,整个链条从根部断裂。

卢布贬值,预算体系瓦解,科拉钻井队那些拿过高薪、住过莫斯科分配公寓的工程师们开始成批离开。

一九九二年,井底又一次发生了断钻事故。

按照过去的做法,应该从七千米或八千米处再开一个新的分支,继续往深处探。

但这一次,没有人下达开分支的命令。

克利莫夫的记录是:那里正好又断了一次,再做新分支已经没有意义,经费停止了。

钻机停转,井口被封存,人员陆续撤走。

俄罗斯接手了这个摊子。

研究并没有立刻停止,零星的测量和岩芯分析又维持了若干年,但钻探本身再也没有恢复。

二〇〇六年,最后的项目经费耗尽;二〇〇八年,井口被一只生锈的金属帽严严实实地盖住,周围的辅助建筑逐渐被拆除或废弃。

那只帽子并不神秘,克利莫夫说,它最初就是他们自己想出来的,目的是防止有人往井里扔砖头或别的什么东西,盖子可以拧开,如果将来有更先进的仪器,还可以放下去。

它是一块工程上的盖板,不是封住地狱的门闩。


与这只金属帽同时流传的,还有另一个版本的故事。

八十年代末到九十年代初,一份芬兰报纸的愚人节专刊刊登了一则关于苏联钻井队“听到了地狱里受罚灵魂的惨叫”的报道,随后被多家小报辗转转载,越传越具体,甚至附上了所谓的录音。

古贝尔曼生前被问及此事时,回答得毫不含糊:那是一个芬兰幽默杂志开的头,后来被人不断添油加醋,什么超自然的东西也没有。

克利莫夫的说法更简单:记者们干的,然后一发不可收拾。

真正让钻头停下来的,是一连串可以丈量的东西:二百二十摄氏度的井底温度,二百吨重的钻杆自重,七公里以下反复发生的断钻,以及一九九二年之后不再到账的预算。

回到一九九〇年或者一九九一年的某一个班次,SG-3最深的分支在缓慢地接近它的终点。

钻台上的人知道他们正在打破自己的纪录,但报表上的日进尺已经小到需要用厘米来计算。

岩芯被从取芯筒里推出来,编上号,装箱,运往雅罗斯拉夫尔的岩芯库。

井口的转盘还在转,但所有人都能感觉到,这套系统已经不再向着更深的地幔推进,而是在与自身的重量、热和疲劳做最后的拉锯。

一九九二年某一天,钻具再次在井下断裂,绞车把断口以上的部分提回地面,井底留下一截取不出来的钢管。

没有人再提议从侧面试着绕过去。

钻机被停下,井场逐渐安静下来,只有苔原上的风从井架之间穿过。


二〇〇八年之后,那只金属帽一直盖在原处。

帽子上积着雪,边缘生着锈,偶尔有游客被带到附近,隔着一段距离看上一眼。

它下面是直径约二十多厘米的井口,再往下是数千米的钢管、数千米的裸眼岩壁,以及那个再也没有被超越的一二二六二米。

从一九七〇年五月那根钻杆开始下沉,到一九九二年钻机停转,二十二年间,人类用旋转的钢管在岩石里刻下了一道垂直的痕迹。

痕迹的末端停在一层温度超过两百摄氏度的片麻岩中,钻头没有再往下走。

金属帽拧紧的时候,扳手在螺栓上转过最后一圈,发出沉闷的金属咬合声,然后一切归于冻土之上的寂静。

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