Ни одна из сверхглубоких скважин не подтвердила полностью геологического разреза, который предполагался до начла бурения; во многих случаях расхождения оказались кардинальными. Сам этот факт подтверждает приблизительный характер современных знаний о глубинном строении континентальной земной коры и доказывает необходимость глубокого научного бурения. Так, Криворожская скважина была пробурена в центре железорудного бассейна с целью доказать, что железистые кварцы, выходящие на поверхность в виде полосы протяженностью около 120 км, погружаются до глубины 6-8 км, а затем, изгибаясь, снова выходят на поверхность. Результаты бурения показали, что глубинная структура этого бассейна представляет собой не изогнутую складку, а серию параллельных наклонных пластов, уходящих на глубину более 10 км. Надежды на открытие новых рудных залежей на доступных для добычи глубинах не оправдались.
Главная задача, которая стояла перед первыми сверхглубокими скважинами - Кольской и Саатлинской, -заключалась в достижении кровли так называемого базальтового слоя земной коры, который давно уже выделялся по геофизическим данным, указывающим на возрастание скорости прохождения упругих волн и увеличение плотности в основании гранитного слоя. Формирование такой зоны вызвано тем, что при температуре 60-100С химически и физически связанная вода и другие летучие соединения переходят в свободное состояние с образованием гидроразрывов и частичным растворением горных парод. Этот эффект затем был обнаружен и в других глубоких и сверхглубоких скважинах. Тем самым было доказано, что волновая картина, которая фиксируется сейсмическими методами, отражает не столько изменение состава пород с глубиной, сколько изменение его напряженного состояния и фильтрационных свойств. Стало ясно, что двухслойная модель строения континентальной земной коры по крайне мерее не является универсальной.
|
|
Эти результаты важны не только для интерпретации геофизических данных. Они позволили по-новому оценить общие условия формирования глубинной гидросферы Земли и понять природу некоторых явлений, которые ранее оставались необъяснимыми: в частности появления глубинных зон избыточного давления, не соответствующего весу вышележащих пород, противодействие глинистых толщ уплотнению при их погружению на большие глубины, когда они превращаются из традиционных малопроницаемых упоров в пористые коллекторы нефти и газа.
Как следует из материалов бурения Саатлинской скважины, подземные воды могут проникать в изначально сухие кристаллические породы из перекрывающих осадочных толщ (механизм нисходящей фильтрации). Таким путем могут формироваться и глубокие залежи нефти. Тюменская сверхглубокая скважина, пробуренная в 20 км к западу от Уренгоя до глубины 7502 м, подтвердила этот вывод. На глубинах 6424 м до забоя она вскрыла толщу базальтов, которые в отличии от аналогичных по возросту и составу парод, обнаженных на поверхности в восточной Сибири, оказались очень пористыми и микротрещиноватыми, поскольку выделявшаяся при уплотнении вышележащих толщ осадочных толщ вода вступала во взаимодействие с подстилающими сухими базальтами так, что в конце концов они превратились в проницаемые глубинные коллекторы, благоприятных для накопления газоконденсатных и газовых залежей.
|
|
Изучение распределения химических элементов в керне глубоких и сверхглубоких скважин привело к выводу, что процессы геохимической миграции с образованием повышенных локальных концентраций тех или иных металлов характерны не только для приповерхностной зоны, но протекаю и на глубине многих километров. Так, аномально высокие содержания золота и серебра были установлены в Кольской скважине на глубине около 10 км. Следовательно руды могут залегать на весьма большой глубине, что согласуется с результатами разведки некоторых известных месторождений, где оруденение прослежено скважинами и горными выработками на несколько километров от дневной поверхности. Так в пустыне Кызылкумы вблизи золоторудного месторождения Мурунтау, которое является одним из крупнейших в мире, пробурены глубокая скважина, а так де четыре скважины спутника суммарной глубиной 5000м. с их помощью удалось изучить состав и строение рудовмещающих осадочных парод пород, а на глубине 4000м вскрыть купол гранитов. Промышленное золотое оруденение было прослежено до глубины 1100м. По данным бурения, на глубоких горизонтах месторождения можно ожидать запасы золота которые оцениваются в 3 тыс. т.
Если целесообразность практического извлечения руд с глубины 5-10км проблематична, то теоретическое значение геохимических данных, полученных при сверхглубоком бурении, в сочетании с открытиями, которые относятся с сохранению высокой проницаемости и пористости горных пород до 10-12 км, исключительно велико. Эти данные подтверждают возможность широкомасштабной циркуляции нагретых вод, которые взаимодействуют с пародами земной коры. Если это так то источники рудного вещества на месторождениях следует связывать не с гипотетическими подкоровыми глубинами, а с реальными процессами перераспределения химических элементов в верхней и средней частях континентальной коры.
|
|
Большой интерес представляют результаты бурения Воротиловской скважины, которая была заложена в 60 км к северо-востоку от Нижнего Новгорода для изучения кратера который образовался при падении крупного метеорита. Это событие произошло около 200 млн лет назад и сопровождалось мощным взрывом. Горные пароды были раздроблены и разбиты многочисленным трещинами до глубины около 3 км. В эпицентре взрыва под воздействием взрывной волны кристаллическая решетка многих минералов оказалась разупорядоченной, и они превратились в аморфные стекла. В момент взрыва температура достигла 2000-3000С, и после прохождения ударной волны, когда давление резко снизилось, твердые пароды плавились и возможно частично испарялись. Позднее взрывной кратер был перекрыт более молодой осадочной толщей. Скважина глубиной 5374м вскрыла полный вертикальный разрез кратера, что позволило детально изучить все эффекты древнего взрыва, последствия которого поражают воображение. В результате удара метеорита крупный блок земной коры сначала был сильно сжат, а затем выдвинулся вверх почти на 2 км относительно первоначального положения. На поверхности образовался кратер диаметром 80 км, заполненный раздробленным и частично расплавленным материалом. Среди новообразованных минералов были обнаружены и алмазы, которые возникли в момент взрыва из органического углерода, первоначально заключенных в осадочных породах мишени.
Главная задача бурения сверхглубокой скважины заключается в получении прямой информации о фундаменте Уральского подвижного пояса. В настоящее время специалисты обсуждают две альтернативные модели. Согласно одной из них, на месте Урала ранее существовал обширный океан. Другая модель предполагает, что Уральский пояс был заложен на континентальном основании. Обе модели имеют далеко идущие геологические следствия. Прямые сведения о составе пород, залегающих сейчас на глубине 10-15км, внесут ясность в эту проблему.
Теплофизические измерения в глубоких и сверхглубоких скважинах позволили существенно уточнить распределение температур и величину глубинного теплового потока. Оказалось, что температуры и плотность теплового потока во многих случаях заметно превышают те оценки, которые получены экстраполяцией данных по приповерхностной зоне. Так, в Кольской скважине температура на глубине 12 км оказалась равной 212С вместо предполагавшихся 120С. Скорее всего, это связано с тем, что нижняя часть разреза этой скважины сложена гранитными породами, которые содержат значительно больше радиоактивных теплотворных элементов (U, Th, K), чем пароды базальтового слоя в проектном разрезе. По расчетам температура в районе этой скважины на глубине 30 км равна 460С, а на глубине 42км в основании земной коры достигает 580С.
Аномально высокие температуры характерны для Тырныаузской скважины, пробуренной на северном Кавказе. Температура на глубине 4 км повышается здесь до 223С. Эта скважина пересекает граниты, которые были внедрены в земную кору всего 2 млн лет назад в виде магматического расплава с начальной температурой 900-700С. К настоящему времени граниты не успели окончательно остыть.
Согласно проекту, разработанному в ГНПП «Недра», Тырныаузская скважина должна была служить главным элементом опытной геотермальной станции, использующей тепло сухих нагретых гранитов. Для этого предполагалось закачивать в эту скважину холодную воду, а через пробуренную рядом вторую скважину извлекать горячую воду на поверхность. Планировалось зацементировать ствол до глубины 3457м, ниже пробурить 350-400 метровое наклонное отверстие, а рядом- еще одну скважину для подъема воды. Водя, нагнетаемая под давлением, должна была расширять трещины в граните, увеличивая его проницаемость, нагреваться до 240С и подниматься на верх. Согласно расчетам такая конструкция могла обеспечить горячей водой соседний город Тырныауз. К сожалению, из-за возникших экономических трудностей этот интересный проект остается пока нереализованным. Существуют и другие, еще более смелые проекты глубокого бурения с целью практического использования тепла земли.
Заключение
Современная техника позволяет бурить скважины на континентах глубиной до 10-15км. Прямое проникновение на большие глубины требует новых технологий бурения и остается пока делам будущего. Первые впечатляющие научные результаты позволяют надеяться, что необходимые технические средства будут созданы достаточно быстро.
Полученные с помощью глубокого и сверхглубокого бурения новые данные о реальном глубинном строении земной коры, в том числе о явлениях активного взаимодействия вода-порода, которые приводят к формированию неоднородностей типа волноводов и ложных границ, заставили внести серьезные коррективы в интерпретацию геофизических измерений.
Следует подчеркнуть, что сами программы научного бурения являются мощным стимулом технического прогресса и международной кооперации ученых. Например, благодаря такой программе в СССР было создано уникальное буровое оборудование, изготовленное на отечественных заводах, которое позволило пробурить самую глубокую в мире скважину (12,3км). Опыт бурения сверхглубокой скважины в Германии был очень полезным с точки зрения организации и проведения научных исследований. В ближайшие годы, вероятно, будет реализована широкая международная программа глубокого наученного бурения на континентах, сопоставимая по размаху с бурением в океанах. Сейчас стало очевидным, что это совершенно необходимо для дальнейшего развития геологической науки.
Литература
1. Резанов И.А. Сверхглубокое бурение. М.: Наука, 1981.
. Кольская сверхглубокая. М.: Недра, 1984.
. Казанский В.И. Континентальное научное бурение // Геология руд. месторождений. 1990. № 2.
. Хахаев Б.Н., Певзнер Л.А., Кременецкий А.А. Континентальное научное бурение в России, состояние и основные направления развития // Разведка и охрана недр. 1994. № 1.
. Кременецкий А.А. ТЭЦ под землей // Природа и человек. 1995. № 11.
. Евгений Козловский. Глубинные исследования земли//Промышленные ведомости 2006. №3.
.Попов В. С., Кременецкий А. А. Глубокое и сверхглубокое научное бурение на континентах.//Соросовский образовательный журнал