Kandidát technických věd A. OSADCHÝ
V posledních desetiletích minulého století byly do zemské kůry vyvrtány statisíce vrtů. A to není překvapující, protože hledání a těžba nerostů v naší době nevyhnutelně zahrnuje hluboké vrtání. Ale mezi všemi těmito studnami je na planetě pouze jedna - legendární Kola Superdeep (SG), jejíž hloubka stále zůstává nepřekonaná - více než dvanáct kilometrů. Kromě toho je SG jedním z mála, který nebyl vyvrtán kvůli průzkumu nebo těžbě, ale pro čistě vědecké účely: pro studium nejstarších hornin naší planety a pro poznání tajemství procesů v nich probíhajících.
Geologové V. Lanev (vlevo) a Yu Smirnov zkoumají vzorky jádra.
Vrtáky. Úplně stejný, ale byl to ten, který byl použit při vrtání v hloubce 12 km, který se stal exponátem na Mezinárodním geologickém kongresu v roce 1984.
Na tomto háku byla spuštěna a zvednuta trubková šňůra. Vlevo - v koši - jsou 33metrové trubky - "svíčky" - připravené k sestupu.
Kola superhluboká studna.
Vybrané základní vzorky.
Unikátní jádrové úložiště, kde jsou jádra celého dvanáctikilometrového vrtu vyskládána na policích v krabicích v přísném pořadí, očíslováno.
Takové odznaky hrdě nosil každý, kdo pro SG pracoval.
Dnes se v superhlubni Kola nevrtá, bylo zastaveno v roce 1992. SG nebyl první a ne jediný v programu pro studium hluboké struktury Země. Tři ze zahraničních vrtů dosáhly hloubky 9,1 až 9,6 km. Bylo plánováno, že jeden z nich (v Německu) překoná ten Kola. Vrty na všech třech, stejně jako na SG, však byly z důvodu havárií zastaveny a z technických důvodů v nich zatím nelze pokračovat.
Zřejmě ne nadarmo se náročnost vrtání ultrahlubokých vrtů srovnává s letem do vesmíru, s dlouhou vesmírnou expedicí na jinou planetu. Vzorky hornin extrahované z nitra země nejsou o nic méně zajímavé než vzorky měsíční půdy. Půda dodaná sovětským lunárním roverem byla studována v různých ústavech, včetně vědeckého centra Kola. Ukázalo se, že složení měsíční půdy téměř zcela odpovídá horninám vytěženým ze studny Kola z hloubky asi 3 km.
VÝBĚR STRÁNEK A PROGNÓZAPro vrtání SG byla vytvořena speciální geologická průzkumná expedice (Kola Geological Exploration Expedition). Místo vrtů také samozřejmě nebylo vybráno náhodou – Baltic Shield v oblasti poloostrova Kola. Zde vycházejí na povrch nejstarší vyvřelé horniny staré asi 3 miliardy let (a Země je stará jen 4,5 miliardy let). Bylo zajímavé vrtat v nejstarších vyvřelých horninách, protože sedimentární horniny až do hloubky 8 km byly již dobře prozkoumány pro těžbu ropy. A při těžbě obvykle pronikají jen 1-2 km do vyvřelých hornin. Výběr místa pro SG usnadnil i fakt, že se zde nachází Pečeněgský žlab - obrovská mísovitá stavba, jakoby vtlačená do pradávných skal. Jeho vznik je spojen s hlubokým zlomem. A právě zde se nacházejí velká ložiska mědi a niklu. A úkoly přidělené geologické expedici Kola zahrnovaly identifikaci řady rysů geologických procesů a jevů, včetně tvorby rud, určení povahy hranic oddělujících vrstvy v kontinentální kůře, sběr dat o materiálovém složení a fyzická kondice skály.
Před zahájením vrtání byla na základě seismologických dat zkonstruována část zemské kůry. Sloužila jako předpověď pro vzhled těch zemských vrstev, které studna protínala. Předpokládalo se, že žulové souvrství sahá do hloubky 5 km, poté se očekávaly silnější a starší čedičové horniny.
Místo vrtů bylo tedy vybráno na severozápadě poloostrova Kola, 10 km od města Zapolyarny, nedaleko našich hranic s Norskem. Zapolyarny je malé město, které vyrostlo v padesátých letech vedle továrny na nikl. Mezi kopcovitou tundrou na návrší, foukaném všemi větry a sněhovými bouřemi, je „náměstí“, jehož každou stranu tvoří sedm pětipatrových budov. Uvnitř jsou dvě ulice, na jejich křižovatce je náměstí, kde stojí Dům kultury a hotel. Kilometr od města jsou za roklí vidět budovy a vysoké komíny niklovny, za ní podél úbočí jsou tmavé skládky hlušiny z nedalekého lomu. Poblíž města vede dálnice do města Nikel a k jezeru, na jehož druhé straně je Norsko.
Půda těchto míst obsahuje hojné stopy minulé války. Když jedete autobusem z Murmansku do Zapolyarny, asi v polovině cesty překročíte říčku Zapadnaja Litsa, na jejím břehu je pamětní obelisk. Toto je jediné místo v celém Rusku, kde během války v letech 1941 až 1944 stála fronta nehybně obrácená k Barentsovu moři. I když celou dobu probíhaly urputné boje a ztráty na obou stranách byly obrovské. Němci se neúspěšně pokusili prorazit do Murmansku – jediného nezamrzlého přístavu na našem Severu. V zimě 1944 se sovětským jednotkám podařilo prorazit frontu.
Ze Zapolyarny do Superglubokaya - 10 km. Cesta vede kolem závodu, pak podél okraje lomu a pak stoupá do hory. Z průsmyku se otevírá malá nádrž, ve které je instalována vrtná souprava. Jeho výška je vysoká jako dvacetipatrová budova. Na každou směnu sem přicházeli „dělníci na směny“ ze Zapolyarny. Celkem na výpravě pracovalo asi 3000 lidí, žili ve městě ve dvou domech. Z vrtné soupravy bylo nepřetržitě slyšet vrčení některých mechanismů. Ticho znamenalo, že z nějakého důvodu došlo k přerušení vrtání. V zimě, za dlouhé polární noci – a trvá tam od 23. listopadu do 23. ledna – celá vrtná věž zářila světly. Často se k nim přidalo světlo polární záře.
Něco málo o personálu. Geologická průzkumná expedice Kola, vytvořená pro vrtání, dala dohromady dobrý, vysoce kvalifikovaný tým pracovníků. Šéfem GRE, talentovaným vůdcem, který vybíral tým, byl téměř vždy D. Guberman. Hlavní inženýr Za vrtání odpovídal I. Vasilčenko. Vrtné soupravě velel A. Batiščev, kterému všichni říkali prostě Lekha. Geologii měl na starosti V. Laney a geofyziku Ju. Kuzněcov. Obrovské množství práce na zpracování jádra a vytvoření úložiště jádra odvedl geolog Yu.Smirnov – ten samý, který měl „skříň s pokladem“, o které vám povíme později. Na provádění výzkumu SG se podílelo více než 10 výzkumných ústavů. Tým měl také své „Kulibiny“ a „leváky“ (obzvláště se vyznamenal S. Cerikovskij), kteří vymýšleli a vyráběli různá zařízení, která někdy umožňovala dostat se z nejtěžších, zdánlivě beznadějných situací. Sami zde v dobře vybavených dílnách vytvořili mnoho potřebných mechanismů.
HISTORIE VRTÁNÍVrtání studní začalo v roce 1970. Vrty do hloubky 7263 m trvaly 4 roky. Byla provedena pomocí sériové instalace, která se obvykle používá při těžbě ropy a plynu. Kvůli neustálému větru a chladu musela být celá věž až po vrchol pokryta dřevěnými panely. Jinak je prostě nemožné, aby pracoval někdo, kdo musí stát na vrcholu při zvedání potrubí.
Poté následovala roční přestávka spojená se stavbou nové věže a instalací speciálně navržené vrtné soupravy – Uralmash-15000. S jeho pomocí byly provedeny všechny další ultrahluboké vrtání. Nová instalace má výkonnější automatizované zařízení. Bylo použito turbínové vrtání - tehdy se netočí celý sloup, ale pouze vrtací hlava. Vrtná kapalina byla přiváděna kolonou pod tlakem, přičemž rotovala vícestupňová turbína umístěná níže. Její celková délka je 46 m. Turbína je zakončena vrtací hlavou o průměru 214 mm (často se jí říká koruna), která má prstencový tvar, takže uprostřed zůstává neodvrtaný sloup horniny - jádro o průměru 60 mm. Přes všechny sekce turbíny prochází potrubí - přijímač jádra, kde se shromažďují sloupce vytěžené horniny. Drcená hornina spolu s vrtnou kapalinou je unášena vrtem na povrch.
Hmotnost sloupu ponořeného do studny s vrtným výplachem je asi 200 tun. A to i přesto, že byly použity speciálně navržené trubky z lehkých slitin. Pokud je sloup vyroben z běžných ocelových trubek, praskne svou vlastní hmotností.
Mnoho obtíží, někdy zcela neočekávaných, vzniká při procesu vrtání ve velkých hloubkách a při odběru vzorků jádra.
Průnik při jednom výjezdu, určený opotřebením vrtací hlavy, je obvykle 7-10 m. (Výlet, neboli cyklus, je spouštění struny turbínou a vrtacím nástrojem, vlastní vrtání a úplné zvednutí struna.) Samotné vrtání trvá 4 hodiny. A sestup a výstup 12kilometrové kolony trvá 18 hodin. Při zvednutí se sloup automaticky rozebere na úseky (svíčky) dlouhé 33 m. V průměru bylo navrtáno 60 m za měsíc. Na vyvrtání posledních 5 km vrtu bylo použito 50 km potrubí. To je míra jejich opotřebení.
Do hloubky přibližně 7 km studna protínala silné, relativně homogenní horniny, a proto byl vrt hladký, téměř odpovídající průměru vrtné korunky. Práce postupovaly, dalo by se říci, klidně. V hloubce 7 km se však objevily méně odolné puklinové horniny, proložené drobnými velmi tvrdými vrstvami - ruly, amfibolity. Vrtání se stalo obtížnějším. Kmen získal oválný tvar a objevilo se mnoho dutin. Nehody byly stále častější.
Obrázek ukazuje výchozí předpověď geologického řezu a prognózu sestavenou na základě vrtných dat. Je zajímavé poznamenat (sloupec B), že úhel sklonu útvarů podél studny je asi 50 stupňů. Je tedy zřejmé, že horniny protnuté studnou vycházejí na povrch. Zde si můžeme vzpomenout na již zmíněný „milovaný kabinet“ geologa Yu.Smirnova. Tam měl na jedné straně vzorky získané z vrtu a na druhé vzorky odebrané na povrchu ve vzdálenosti od místa vrtání, kde vystupuje odpovídající útvar. Shoda mezi plemeny je téměř kompletní.
Rok 1983 byl ve znamení dosud nepřekonaného rekordu: hloubka vrtu přesáhla 12 km. Práce byly pozastaveny.
Blížil se Mezinárodní geologický kongres, který se podle plánu konal v Moskvě. Připravovala se k tomu výstava Geoexpo. Bylo rozhodnuto nejen přečíst zprávy o dosažených výsledcích na SG, ale také ukázat účastníkům kongresu práci in situ a vytěžené vzorky hornin. Pro kongres byla vydána monografie „Kola Superdeep“.
Na výstavě Geoexpo byl velký stánek věnovaný práci SG a to nejdůležitější - dosažení rekordní hloubky. Byly tam působivé grafy vypovídající o vrtacích technikách a technologii, vytěžené vzorky hornin, fotografie vybavení a zaměstnanců při práci. Největší pozornost účastníků a hostů kongresu ale upoutal jeden na výstavní ukázku netradiční detail: nejobyčejnější a již lehce rezavá vrtací hlava s opotřebovanými karbidovými zuby. Na štítku bylo uvedeno, že je to přesně to, co bylo použito při vrtání v hloubce více než 12 km. Tato vrtací hlava ohromila i specialisty. Asi každý nedobrovolně očekával, že uvidí nějaký zázrak techniky, třeba s diamantovým vybavením... A to ještě nevěděli, že na SG vedle vrtné soupravy je velká hromada úplně stejných už zrezivělých vrtacích hlav: vždyť se musely přibližně každých 7-8m vrtů vyměnit za nové.
Mnoho delegátů kongresu chtělo na vlastní oči vidět unikátní vrtnou soupravu poloostrov Kola a zajistit, aby bylo v Unii skutečně dosaženo rekordní hloubky vrtů. K takovému odchodu došlo. Na místě se sešla část kongresu. Delegátům byla ukázána vrtná souprava, kde zvedli sloup z vrtu a odpojili od něj 33metrové úseky. Fotografie a články o SG kolovaly v novinách a časopisech téměř ve všech zemích světa. Byla vydána poštovní známka a bylo organizováno speciální storno obálek. Nebudu uvádět jména laureátů různých cen a oceněných za jejich práci...
Prázdniny ale skončily, bylo potřeba pokračovat ve vrtání. A začalo to největší nehodou při prvním letu 27. září 1984 – „černé datum“ v historii SG. Studna neodpouští, když je dlouho ponechána bez pozornosti. V době, kdy se vrtání neprovádělo, nevyhnutelně došlo na jeho stěnách ke změnám, které nebyly zajištěny cementovanou ocelovou trubkou.
Zpočátku šlo všechno náhodně. Vrtaři dělali své běžné operace: sekce vrtné kolony byly spouštěny jedna po druhé, na poslední, horní bylo připojeno potrubí přívodu vrtné kapaliny a byla spuštěna čerpadla. Začali jsme vrtat. Přístroje na konzole před obsluhou ukazovaly normální provozní režim (počet otáček vrtací hlavy, její tlak na horninu, proudění kapaliny k otáčení turbíny atd.).
Po navrtání dalšího 9metrového úseku v hloubce více než 12 km, který trval 4 hodiny, jsme dosáhli hloubky 12,066 km. Připravili jsme se zvednout kolonu. Zkusili jsme to. nefunguje. „Přilepení“ bylo v takových hloubkách pozorováno více než jednou. To je, když se nějaká část sloupu jakoby přilepila ke stěnám (možná něco spadlo shora a trochu se to zaseklo). K pohybu sloupu je zapotřebí síla přesahující jeho hmotnost (asi 200 tun). Tentokrát udělali totéž, ale kolona se nepohnula. Trochu jsme zvýšili sílu a jehla nástroje prudce snížila hodnoty. Kolona se stala mnohem lehčí, k takovému úbytku hmotnosti by při normálním průběhu operace nemohlo dojít. Začali jsme zvedat: jednotlivé sekce jsme odšroubovali. Při posledním výtahu visel na háku zkrácený kus trubky s nerovným spodním okrajem. To znamenalo, že ve vrtu nezůstal jen turbovrták, ale i 5 km vrtných trubek...
Snažili se je získat sedm měsíců. Vždyť přišli nejen o 5 km potrubí, ale o výsledky pětileté práce.
Poté byly všechny pokusy o znovuzískání ztraceného zastaveny a znovu se začalo vrtat z hloubky 7 km. Nutno říci, že právě po sedmém kilometru jsou zde geologické podmínky obzvlášť náročné na práci. Technologie vrtání každého kroku je vypracována metodou pokus-omyl. A začít z hloubky cca 10 km je to ještě obtížnější. Vrtání, obsluha zařízení a zařízení se provádějí při maximální rychlosti.
Každou chvíli zde proto lze očekávat nehody. Připravují se na ně. Způsoby a prostředky jejich odstranění jsou předem promyšleny. Typickou komplexní nehodou je prasknutí vrtné sestavy spolu s částí vrtné kolony. Hlavní metodou eliminace je vytvořit lavičku těsně nad ztracenou částí a z tohoto místa vyvrtat novou obtokovou šachtu. Celkem bylo ve studni navrtáno 12 takovýchto obtokových kmenů. Čtyři z nich mají délku od 2200 do 5000 m. Hlavní náklady na takové nehody jsou roky ztracené práce.
Pouze v každodenním životě je studna vertikální „díra“ od povrchu země ke dnu. Ve skutečnosti tomu tak zdaleka není. Zvláště pokud je studna superhluboká a protíná šikmé útvary různé hustoty. Pak se jakoby kroutí, protože vrták neustále vybočuje směrem k méně odolným horninám. Po každém měření, které ukazuje, že sklon vrtu překračuje přípustný sklon, je třeba se pokusit jej „vrátit na místo“. K tomu jsou spolu s vrtacím nástrojem spuštěny speciální „deflektory“, které pomáhají snížit úhel sklonu studny během vrtání. K úrazům často dochází při ztrátě vrtacích nástrojů a částí potrubí. Poté musí být nový kufr vyroben, jak jsme již řekli, ustoupením stranou. Představte si tedy, jak vypadá studna v zemi: něco jako kořeny obří rostliny rozvětvující se v hloubce.
To je důvodem zvláštního trvání poslední fáze vrtání.
Po největší havárii – „černém datu“ z roku 1984 – se opět až po 6 letech přiblížili k hloubce 12 km. V roce 1990 bylo dosaženo maxima - 12 262 km. Po několika dalších nehodách jsme se přesvědčili, že hlouběji se už nedostaneme. Všechny možnosti moderní techniky byly vyčerpány. Zdálo se, jako by Země už nechtěla odhalovat svá tajemství. Vrtání se zastavilo v roce 1992.
VÝZKUMNÁ PRÁCE. CÍLE A METODYJedním z velmi důležitých cílů vrtání bylo získat jádrový sloupec vzorků hornin po celé délce vrtu. A tento úkol je splněn. Nejdelší jádro na světě bylo označeno jako pravítko do metrů a umístěno v příslušném pořadí do krabic. Číslo krabice a čísla vzorků jsou uvedeny nahoře. Skladem je téměř 900 takových krabic.
Teď už zbývá jen studovat jádro, které je při určování struktury horniny, jejího složení, vlastností a stáří opravdu nepostradatelné.
Ale vzorek horniny vytažený na povrch má jiné vlastnosti než v masivu. Zde, nahoře, je osvobozen od obrovského mechanického namáhání, které existuje v hloubce. Během vrtání praskl a nasytil se vrtnou kapalinou. I když znovu vytvoříte hluboké podmínky ve speciální komoře, parametry naměřené na vzorku se stále liší od parametrů v poli. A ještě jeden malý „škyt“: na každých 100 m vrtané studny se nezíská 100 m jádra. V SG byla z hloubek větších než 5 km průměrná vydatnost jádra jen asi 30 % a z hloubek větších než 9 km to byly někdy jen jednotlivé plaky o tloušťce 2-3 cm, odpovídající nejodolnějším vrstvám.
Takže jádro zvednuté z vrtu pomocí SG nedává kompletní informace o hlubokých skalách.
Vrty byly vrtány pro vědecké účely, takže byl využit celý komplex moderní metody výzkum. Kromě těžby jádra byly nutně prováděny studie vlastností hornin v jejich přirozeném výskytu. Technický stav studny byl neustále sledován. Měřili jsme teplotu podél celého vrtu, přirozenou radioaktivitu - gama záření, indukovanou radioaktivitu po pulzním ozáření neutrony, elektrické a magnetické vlastnosti hornin, rychlost šíření elastických vln a studovali složení plynů ve vrtu.
Až do hloubky 7 km byla použita sériová zařízení. Práce ve větších hloubkách a při vyšších teplotách vyžadovala vytvoření speciálních tepelně a tlakově odolných zařízení. Zvláštní potíže nastaly během poslední fáze vrtání; když se teplota ve studni přiblížila 200 o C a tlak přesáhl 1000 atmosfér, sériová zařízení již nemohla fungovat. Geofyzikální konstrukční kanceláře a specializované laboratoře několika výzkumných ústavů přišly na pomoc a vyrobily jednotlivé kopie tepelně a tlakově odolných přístrojů. Celou dobu jsme tedy pracovali pouze na domácím vybavení.
Stručně řečeno, studna byla prozkoumána dostatečně podrobně do celé její hloubky. Výzkum probíhal po etapách, cca 1x ročně, po prohloubení vrtu o 1 km. Pokaždé poté bylo provedeno posouzení spolehlivosti obdržených materiálů. Odpovídající výpočty umožnily určit parametry konkrétního plemene. Objevili určité střídání vrstev a už věděli, s jakými horninami jsou kaverny spojeny a s nimi spojenou částečnou ztrátu informací. Naučili jsme se doslova identifikovat kameny od „drobků“ a na tomto základě znovu vytvořit úplný obraz toho, co studna „skrývala“. Zkrátka bylo možné sestrojit detailní litologický sloup – ukázat střídání hornin a jejich vlastnosti.
Z VLASTNÍ ZKUŠENOSTIZhruba jednou za rok, když byla dokončena další etapa vrtání - prohloubení vrtu o 1 km, jsem také zašel na SG provést měření, která mi byla svěřena. V této době byla studna obvykle vymyta a zpřístupněna k výzkumu na měsíc. Čas plánované zastávky byl vždy předem znám. S předstihem dorazil i telegram vyzývající k práci. Zařízení bylo zkontrolováno a zabaleno. Formality související s uzavřenými pracemi v pohraničním pásmu byly dokončeny. Nakonec je vše vyřešeno. Pojďme.
Naše skupina je malý přátelský tým: vývojář vrtných nástrojů, vývojář nového pozemního vybavení a já, metodik. Přicházíme 10 dní před měřením. Seznamujeme se s údaji o technickém stavu studny. Vypracujeme a schválíme podrobný program měření. Zařízení montujeme a kalibrujeme. Čekáme na hovor - hovor ze studny. Je řada na nás, abychom se „potopili“ do třetice, ale pokud naši předchůdci odmítnou, studnu nám poskytneme. Tentokrát je s nimi vše v pořádku, prý skončí zítra ráno. S námi jsou ve stejném týmu geofyzici - operátoři, kteří zaznamenávají signály přijímané ze zařízení ve vrtu a řídí všechny operace pro spouštění a zvedání hlubinného zařízení, stejně jako mechanici na kladkostroji, řídí odvíjení stejných 12 km kabelu z buben a na něj, na kterém je zařízení spuštěno do studny. Ve službě jsou i vrtači.
Práce začala. Zařízení je spuštěno do studny několik metrů. Poslední kontrola. Jít. Klesání je pomalé - asi 1 km/h, s nepřetržitým sledováním signálu přicházejícího zespodu. Zatím je vše dobré. Jenže na osmém kilometru se signál zaškubal a zmizel. To znamená, že něco není v pořádku. Plný výtah. (Pro jistotu jsme připravili druhou sadu vybavení.) Začínáme kontrolovat všechny detaily. Tentokrát se ukázalo, že kabel je vadný. Je nahrazován. To trvá déle než jeden den. Nový sestup trval 10 hodin. Nakonec osoba, která sledovala signál, řekla: "Dorazili jsme na jedenáctý kilometr." Příkaz pro operátory: "Spustit nahrávání." Co a jak se plánuje předem podle programu. Nyní musíte v daném intervalu několikrát spustit a zvednout vrtací nástroj, abyste mohli provést měření. Tentokrát zařízení fungovalo dobře. Nyní je to plný vzestup. Zvedli to na 3 km a najednou naviják zavolal (je to muž s humorem): "Lano je u konce." Jak?! Co?! Běda, kabel se zlomil... Na dně zůstal ležet vrtací nástroj a 8 km kabelu... Naštěstí to o den později dokázali vrtači posbírat pomocí metod a zařízení vyvinutých místními řemeslníky k odstranění takových mimořádné události.
VÝSLEDEKCíle stanovené v projektu ultrahlubokého vrtání byly splněny. Bylo vyvinuto a vytvořeno speciální zařízení a technologie pro ultrahluboké vrtání a také pro studium vrtů vrtaných do velkých hloubek. Informace o fyzikálním stavu, vlastnostech a složení hornin v jejich přirozeném výskytu a ze vzorků jádra do hloubky 12 262 m jsme získali, dalo by se říci, „z první ruky“.
Studna dala vynikající dar vlasti v malých hloubkách - v rozmezí 1,6-1,8 km. Byly tam otevřeny průmyslové měděnoniklové rudy - objeven nový rudní horizont. A to se hodí, protože místní niklovně už dochází ruda.
Jak bylo uvedeno výše, geologická předpověď vrtné části se nenaplnila (viz obrázek na str. 39). Obrázek, který se očekával během prvních 5 km ve studni, se protáhl na 7 km a pak se objevily zcela nečekané kameny. Čediče předpovídané v hloubce 7 km nebyly nalezeny, ani když klesly na 12 km.
Očekávalo se, že hranicí, která dává největší odraz při seismické sondáži, je úroveň, kde se žuly přeměňují na odolnější čedičovou vrstvu. Ve skutečnosti se ukázalo, že se tam nacházejí méně pevné a méně husté puklinové horniny - archejské ruly. Tohle se nikdy nečekalo. A to jsou zásadně nové geologické a geofyzikální informace, které nám umožňují interpretovat data hlubinného geofyzikálního výzkumu odlišně.
Údaje o procesu tvorby rudy v hlubokých vrstvách zemské kůry se také ukázaly jako neočekávané a zásadně nové. V hloubkách 9-12 km se tak nacházely vysoce porézní puklinové horniny nasycené vysoce mineralizovanými podzemními vodami. Tyto vody jsou jedním ze zdrojů tvorby rud. Dříve se věřilo, že to bylo možné pouze v mnohem mělčích hloubkách. Právě v tomto intervalu byl zjištěn zvýšený obsah zlata v jádře - až 1 g na 1 tunu horniny (koncentrace považovaná za vhodnou pro průmyslový rozvoj). Bude ale někdy výhodné těžit zlato z takových hloubek?
Změnily se i představy o tepelném režimu zemského nitra a hlubokém rozložení teplot v oblastech čedičových štítů. V hloubce více než 6 km byl získán teplotní gradient 20 o C na 1 km místo očekávaných (jako v horní části) 16 o C na 1 km. Bylo zjištěno, že polovina tepelného toku je radiogenního původu.
Po vyvrtání unikátního superhlubinného vrtu Kola jsme se hodně naučili a zároveň jsme si uvědomili, jak málo toho ještě víme o struktuře naší planety.
Kandidát technických věd A. OSADCHÝ.LITERATURA
Kola superhluboká. M.: Nedra, 1984.
Kola superhluboká. Vědecké výsledky a výzkumné zkušenosti. M., 1998.
Kozlovský E. A. Světové fórum geologů."Věda a život" č. 10, 1984.
Kozlovský E. A. Kola superhluboká."Věda a život" č. 11, 1985.
V 50-70 letech minulého století se svět měnil neuvěřitelnou rychlostí. Objevily se věci, bez kterých je těžké si dnešní svět představit: internet, počítače, mobilní komunikace, dobývání vesmíru a mořských hlubin. Člověk rychle rozšiřoval sféry své přítomnosti ve Vesmíru, ale stále měl poněkud hrubé představy o struktuře svého „domova“ – planety Země. Přestože ani tehdy myšlenka ultrahlubokého vrtání nebyla nová: již v roce 1958 Američané zahájili projekt "Mohole". Jeho název je tvořen dvěma slovy:
Moho– povrch pojmenovaný po Andrija Mohorovičić– chorvatský geofyzik a seismolog, který v roce 1909 identifikoval spodní hranici zemské kůry, na níž dochází k prudkému zvýšení rychlosti seismických vln;
Otvor- studna, díra, otvor. Na základě předpokladů, že tloušťka zemské kůry pod oceány je mnohem menší než na souši, bylo poblíž ostrova Guadelupe vyvrtáno 5 vrtů o hloubce asi 180 metrů (s hloubkou oceánu až 3,5 km). Během pěti let vědci vyvrtali pět vrtů, shromáždili mnoho vzorků z čedičové vrstvy, ale nedosáhli pláště. V důsledku toho byl projekt prohlášen za neúspěšný a práce byly zastaveny.
Plavidlo CUSS, které provedlo projekt Mohole
Jedním z hlavních cílů expedice „Na cestách Arktidy“ byla superhluboká studna Kola (nebo objekt SG-3) - nejhlubší na světě. Poprvé jsem se o tom dozvěděl v roce 2004, když jsem studoval v prvním ročníku na Geologické fakultě Ruské státní univerzity ropy a zemního plynu na přednášce o obecné geologii. A od té doby jsem doufal, že vše uvidím na vlastní oči.
Časy se změnily a kdysi nepřístupné území zařízení SG-3 se dnes nachází v těsné blízkosti těžebního a zpracovatelského závodu Kolské důlní a hutní společnosti. A trasa ke studni vede po technologických cestách.
Pokud budete následovat navigátora, pak za městem Zapolyarny povede ke kontrolnímu bodu těžebního a zpracovatelského závodu. Ochranka vás samozřejmě nepustí na území a o Kola Superdeep jsem údajně nic neslyšel.
Vedení závodu bylo podle očekávání unaveno neustálou poutí různých druhů neostalkerů, milovníků geologie a lovců kovů do kolské superhlubiny, takže cesta ke studni byla nadobro rozryta bagry a posypána dlažebními kostkami. opatření.
Vracíme se tedy na místo, kde naposledy Mobilní internet fungoval a hledáme zaběhnutou alternativní cestu přes satelit. Když jsme našli drahocennou díru, zvedáme hydropneumatické odpružení naší Toyoty Land Cruiser 200 Executive do nejvyšší polohy a plazíme se do kopců ke studni.
Cesta, jak se na opravdové dobrodružství sluší a patří, byla plná různých druhů překážek - brodů, kamenů, dokonce i jezer.
Po návratu do Murmansku a analýze trasy GPS (celou trasu jsme napsali pomocí služby locme.ru, o tom budu mluvit později) jsem si všiml, že jsme nejeli ke studni po optimální trase a někde jsme ztratili naše cesta, ale zpět Už jsme zašli tak daleko, jak jsme měli. Což ani trochu nelituji.
Trať byla nahrána pomocí služby LocMe
A teď, když jsme vystoupali na další kopec, máme výhled na kdysi majestátní výzkumný a výrobní komplex superhlubinné studny Kola.
Ve snaze zaujmout vedoucí postavení ve všech odvětvích najednou zahájil SSSR v roce 1962 svůj program ultrahlubokých vrtů.
Příprava projektu trvala 4 roky: hlavní problém spočíval v tom, že podle geotermálního gradientu ( Fyzické množství, který popisuje nárůst teploty hornin s hloubkou), by teplota v hloubce 10 km měla být asi 300 °C a v 15 km - téměř 500 °C. Vrtací nástroj ani měřící zařízení nebyly na takovou teplotu dimenzovány. V roce 1970, přesně v době 100. výročí Leninova narození, bylo nalezeno místo vrtů - starověký krystalický štít poloostrova Kola. Podle zprávy Ústavu fyziky Země se za miliardy let Kolský štít ochladil, teplota v hloubce 15 km neměla přesáhnout 150 °C. Podle přibližného řezu by prvních 7 kilometrů mělo tvořit žulové vrstvy svrchní části zemské kůry a níže začínají čediče. Místo vrtů bylo vybráno na severním cípu poloostrova Kola poblíž jezera Vilgiskoddeoaivinjärvi (ve finštině to znamená „Pod Vlčí horou“). Vrtání vrtu, jehož projektovaná hloubka byla 15 kilometrů, začalo v květnu 1970.
Přes netriviální úkol nebylo pro práci vyvinuto žádné speciální vybavení – pracovali jsme s tím, co jsme měli. V prvních etapách byla použita vrtná souprava Uralmash 4E s nosností 200 tun a hliníkové trubky z lehkých slitin. Drahý hliník byl použit z několika důvodů: trubky vyrobené z „okřídleného kovu“ mají mnohem menší hmotnost a při teplotách nad 150–160 stupňů ocel sériových trubek měkne a hůře snáší mnohatunové zatížení – kvůli tím se zvyšuje pravděpodobnost nebezpečných deformací a zlomení sloupku. Když studna dosáhla hloubky 7000 metrů, byla na místě instalována nová vrtná souprava "Uralmash 15000"- jeden z nejmodernějších v té době. Výkonná, spolehlivá, s automatickým zvedacím mechanismem, odolala potrubí dlouhému až 15 km. Vrtná souprava se proměnila v plně opláštěnou věž vysokou 68 m, vzdorující silným větrům zuřícím v Arktidě. Hmotnost samotné vrtné kolony by v hloubce 15 kilometrů dosáhla 200 tun. A samotná instalace mohla zvednout náklad až 400 tun. V blízkosti vyrostla továrna na mechanické opravy, vědecké laboratoře a sklad jádra. : v 70. letech bylo nejrozšířenější rotační vrtání, kdy se celý řetězec trubek roztáčel rotorem umístěným na povrchu. Tato metoda byla vynikající pro relativně mělké vrty, ale když se délka vrtu blíží 7 000 nebo dokonce 10 000 metrů, rotační vrtání se stává bezmocným. U SG-3 bylo vrtání prováděno pomocí turbovrtáku - hydromotoru, jehož otáčení zajišťovala energie cirkulující vrtné kapaliny. 46metrové sekce instalované na spodním konci sloupu otáčely vrtákem. Ani v SSSR, ani ve světě v té době nebyly žádné zkušenosti s vrtáním v krystalických horninách podloží v takových hloubkách a kromě čistě technologických problémů práci komplikoval 100% odběr jader. Průnik při jednom výjezdu, určovaný opotřebením vrtací hlavy, je obvykle 7-10 m (výlet nebo cyklus je spouštění struny turbínou a vrtacím nástrojem, vlastní vrtání a úplné zvednutí struna.) Samotné vrtání trvá 4 hodiny a spouštění trvá Výstup 12kilometrového sloupu trvá asi 18 hodin. Při zvednutí se sloup automaticky rozebere na úseky (svíčky) dlouhé 33 m. V průměru bylo navrtáno 60 m za měsíc. Na vyvrtání posledních 5 km vrtu bylo použito 50 km potrubí. To je míra jejich opotřebení.
Když jsme se blížili k území SG-3, uviděli jsme „bochník“ a lidi, kteří do něj hbitě vkládali kusy železa. Tento obrázek se kdysi vyspělému vědeckému centru dávno stal známým - předpokládalo se, že superhlubinný vrt Kola se po dokončení výkopu promění v unikátní přírodní laboratoř pro studium hlubinných procesů probíhajících v zemské kůře pomocí speciálních přístrojů. V roce 2008 však bylo zařízení definitivně opuštěno a veškeré více či méně cenné vybavení bylo demontováno. Od té chvíle začalo období drancování všeho, co mělo nějakou hodnotu – především kovu.
Ze zlodějů kovů se však vyklubali docela společenští hoši, byli upřímně překvapeni, proč jsme sem přijeli z Moskvy – „tam nic nezbylo!“ a ukázal legendární studnu. Nyní je zakonzervovaný a jeho ústí je uzavřeno ocelovou deskou. Nikdo neví, co se děje v samotném kufru.
Na základě SG-3 bylo kromě samotného vrtného místa několik výzkumných ústavů, vlastní konstrukční kancelář, soustružna a kovárna. Nejodvážnější technická řešení se zrodila přímo na místě, realizovala se vlastními silami a po pár dnech byla již otestována v provozu. To vše vyžadovalo energii a Kola Superdeep obsluhovala vlastní rozvodna. Nyní pohonná jednotka vypadá takto, svého času zde pracovalo 48 lidí.
U vchodu se hromadí bedny s unikátním vybavením. Všechno cenné je vytrháno „s masem“:
A o kousek dál jsou podpěry elektrického vedení. Všechny dráty byly samozřejmě již dávno přestřiženy.
Podle směrnice „shora“ se v SG-3 používalo pouze domácí vybavení a nemohlo to být jinak: zprvu byla studna přísně tajným bezpečnostním zařízením. Až do hloubky 7 km byla použita sériová zařízení. Práce ve větších hloubkách a při vyšších teplotách vyžadovala vytvoření speciálních tepelně a tlakově odolných zařízení. Zvláštní potíže nastaly během poslední fáze vrtání; když se teplota ve studni přiblížila 200 o C a tlak přesáhl 1000 atmosfér, sériová zařízení již nemohla fungovat. Geofyzikální projekční kanceláře a specializované laboratoře několika výzkumných ústavů přišly na pomoc a vyrobily jednotlivé kopie tepelně a tlakově odolného zařízení. Soutěž o zaměstnání sestávala z desítek lidí na pozici a ti, kteří prošli přísným výběrovým řízením, dostali rovnou byt. V době, kdy běžný sovětský inženýr dostával 120 rublů měsíčně, si inženýr na Kola Superdeep Well vydělal neuvěřitelných 850 rublů – tři platy a můžete si koupit auto. Celkem v Kola Superdeep pracovalo asi 300 lidí.
Hloubka 7000 metrů se stala pro kolskou superhlubinu osudnou
Hloubka v 7000 metrů se stal pro Kolu krajně osudným. Výše v úseku probíhalo vrtání poměrně klidně, vrták procházel homogenními, odolnými žulami. Ale po této hloubce se vrtací hlava dostala do méně odolných vrstevnatých hornin a hlaveň nebylo možné udržet ve svislé poloze. Když vrt poprvé překročil hranici 12 km, šachta se odchýlila od svislice o 21°. Vrtaři se sice už naučili pracovat s neuvěřitelným zakřivením hlavně, ale dál už to nešlo. Studna musela být vrtána od hranice 7 km. Abyste získali svislou násadu v tvrdých horninách, potřebujete velmi tuhé dno vrtací kolony, aby šlo do podpovrchu jako nůž do másla. Vyvstává ale další problém – studna se postupně rozšiřuje, vrták v ní visí jako ve sklenici, stěny sudu se začnou hroutit a mohou nástroj rozdrtit. Řešení tohoto problému se ukázalo jako originální - byla použita kyvadlová technologie. Vrták byl ve studni uměle rozkýván a tlumil silné vibrace. Díky tomu se kmen ukázal svisle. 6. června 1979 došlo k první historické události. Vrtaři hlásili dosažení značky v 9584 metrů. Nejvíce se stala studánka Kola hluboká studna na světě, překonávající americkou ropnou rekordmanku „Berthu Rogers“ (9583 metrů).
Dne 6. června 1979 udělal mistr vrtání Fedor Atarshchikov triumfální záznam do deníku: „Dolní díra - 9584 metrů. "Bertha Rogersová," čau, sbohem."
Na počátku 80. let 20. století došlo také k druhé historické události. Kolská superhlubina prošla 11 022 metrů, obchází Mariánský příkop. Lidstvo nikdy nedosáhlo takové hloubky uvnitř své vlastní kolébky. Jednou z nejčastějších nehod při vrtání jsou zaseknuté vrtací nástroje, tedy situace, kdy rozpadající se stěny studny blokují strunu a brání otáčení nástroje. Pokusy vytáhnout zaseknutý sloupek často končí jeho rozbitím. V 10kilometrové studni je zbytečné hledat nástroj, od takové šachty se upustilo a nastartovala se nová, o něco výše. K prasknutí a ztrátě potrubí u SG-3 došlo mnohokrát. Výsledkem je, že studna ve své spodní části vypadá jako kořenový systém obří rostliny. Větvení studny rozrušilo vrtače, ale ukázalo se, že je požehnáním pro geology, kteří nečekaně obdrželi trojrozměrný obrázek působivého úseku starověkých archejských hornin vytvořených před více než 2,5 miliardami let.
Při procházce opuštěnými chodbami komplexu i přes všeobecnou monstrózní devastaci cítíte bývalou velkolepost toho, co se zde stalo. V jedné z kanceláří je podlaha poseta vzácnou vědeckou literaturou - několik let vydání časopisu "Defektoskopie" a manuál pro výpočet vrtných kolon pro ultrahluboké vrty - jedinečnost vědecká práce zhruba srovnatelné s „návodem na let na Měsíc pro figuríny“, pokud by existoval.
V jiném - zázračně zachovalé pracoviště vrtací mistr. První vrt v Rusku byl vyvrtán v roce 1864 v Kubani. Od té doby až dosud pracuje mistr téměř vždy přímo na místě vrtání, aby viděl a kontroloval vše, co se děje. Ale na Kola superdeep to tak nebylo! Obsluha seděla až 250 metrů od ústí a vše na dálku sledovala, včetně parametrů vrtání. Prostor!
Stěny jsou ošuntělé, sklo rozbité drsným severním větrem, ale nemůžete se zbavit pocitu, že se do kanceláře chystá vstoupit laborant a vyhnat nezvané hosty.
V září 1984 poprvé dosaženo hloubky 12 066 metrů a pak došlo k dalšímu přerušení vrtací kolony. To se pro vrtnou posádku stalo skutečnou tragédií, protože museli začít téměř znovu, všichni ze stejných 7 kilometrů, znovu a znovu procházet trhlinami a jeskyněmi spodní vrstvy zemské kůry. Zároveň byly v rámci Světového geologického kongresu odtajněny práce prováděné v Arktidě. Ve vědeckém světě způsobila studna SG-3 skutečnou senzaci. Početná delegace geologů a novinářů jela do obce Zápolyarny. Návštěvníkům byla ukázána vrtná souprava v akci, byly odstraněny a odpojeny 33metrové úseky potrubí. Kolem byly desítky vrtáků přesně stejných jako ten, který ležel na stojanu v Moskvě. SSSR potvrdil svůj status vedoucí velmoci v oblasti hlubinných vrtů.
V června 1990 když SG-3 dosáhla hloubky 12 262 m, začal přípravné práce do výkopu do 14 km došlo opět k nehodě. Ve výšce 8 550 m praskla trubní šňůra. Pokračování v práci vyžadovalo dlouhou a nákladnou aktualizaci zařízení, takže v roce 1994 bylo vrtání superhlubiny Kola zastaveno. Všechny možnosti moderní techniky byly vyčerpány. Po 3 letech se zapsala do Guinessovy knihy rekordů a dodnes zůstává nepřekonaná.
Co daly lidstvu ultrahluboké vrty na poloostrově Kola?
V první řadě vyvrátila jednoduchou dvouvrstvou strukturu Země. Geologický řez sestavený na základě jádra SG-3 se ukázal být přesným opakem toho, co si vědci dříve představovali. Prvních 7 kilometrů tvořily vulkanické a sedimentární horniny: tufy, čediče, brekcie, pískovce, dolomity. Hlouběji ležel tzv. Conradův úsek, po kterém se prudce zvýšila rychlost seismických vln v horninách, což bylo interpretováno jako hranice mezi žulami a čediči. Tento úsek prošel již dávno, ale čediče spodní vrstvy zemské kůry se nikdy nikde neobjevily. Naopak se začaly objevovat žuly a ruly. 
Jedním z nejdůležitějších cílů vrtání bylo získat jádro (válcový sloup horniny) po celé délce vrtu. Nejdelší jádro na světě bylo označeno jako pravítko do metrů a umístěno v příslušném pořadí do krabic. Číslo krabice a čísla vzorků jsou uvedeny nahoře. Skladem je téměř 900 takových krabic.
Seizmické úseky v podpovrchu, jak se ukázalo, nejsou hranicemi horninových vrstev různé složení. Spíše naznačují změny v petrofyzikálních vlastnostech hornin s hloubkou. Při vysokém tlaku a teplotě se vlastnosti mění natolik, že se žuly ve svých fyzikálních vlastnostech podobají čedičům a naopak. Věřilo se, že s hloubkou a rostoucím tlakem klesá pórovitost a lámavost hornin. Počínaje 9-ti kilometry se však ukázalo, že vrstvy jsou abnormálně porézní a rozbité. Vodné roztoky cirkulovaly hustým systémem trhlin. Tuto skutečnost později potvrdily i další ultrahluboké vrty na kontinentech. Ukázalo se, že v hloubce je mnohem teplejší, než se očekávalo: až 80°! Na hranici 7 km byla teplota v obličeji 120°C, na 12 km již dosahovala 230°C. Vědci objevili mineralizaci zlata ve vzorcích ze studny Kola. Vložení drahého kovu bylo nalezeno ve starých horninách v hloubce 9,5-10,5 km. Koncentrace zlata však byla příliš nízká na to, aby bylo možné vyhlásit ložisko – v průměru 37,7 mg na tunu horniny, ale dostačující na to, aby se to dalo očekávat na jiných podobných místech. Superhlubina Kola zestárla Zemi až o 1,5 miliardy let: život se na planetě objevil dříve, než se očekávalo. V hloubkách, kde se věřilo, že neexistuje žádná organická hmota, bylo objeveno více než 17 druhů zkamenělých mikroorganismů – mikrofosilií – a stáří těchto hlubokých vrstev přesáhlo 2,8 miliardy let. A více než tucet úžeji zaměřených objevů.
Celkem bylo na území SSSR vyvrtáno asi 30 ultrahlubokých vrtů
Málokdo ví, ale na území bývalý SSSR bylo vyvrtáno více než 30 ultrahlubokých vrtů (dnes jsou všechny nebo téměř všechny zničeny). Navzájem byly propojeny pomocí speciálních transektů (měřicích čar), čímž byly získány regionální geologické profily dlouhé mnoho tisíc kilometrů. Podél transektů bylo umístěno speciální geofyzikální zařízení, které zaznamenávalo všechny procesy probíhající v podloží najednou. Do roku 1991 byly podzemní jaderné výbuchy používány jako zdroje buzení (puls, který byl zaznamenán ve vrtech).
Tento zásadně nový technický a metodologický přístup k řešení regionální hlubinné struktury zemské kůry a svrchního pláště byl založen na integraci dat z ultrahlubinných a hlubinných vrtů, jakož i seismických hlubinných sond a dalších geofyzikálních a geochemických metod. Pro území SSSR byl vyvinut systém vzájemné korelace geofyzikálních profilových dat na základě referenčních ultrahlubinných vrtů. To vše umožnilo provést poměrně podrobné rajonování především perspektivních zón z hlediska ložisek ropy, plynu a rud v celostátním měřítku. 
Náklady na obnovu jsou 100 milionů rublů?
Ředitel Geologického ústavu Kolského vědeckého centra Ruské akademie věd ve svých rozhovorech tvrdí, že za 100 milionů rublů je již nyní možné obnovit komplex superhlubinné studny Kola, otevřít na ní vědecké a technické centrum. základ a vyškolit specialisty na vrtání na moři. Je mi zcela zřejmé, že tomu tak není. A problém bohužel není o penězích. Unikátní objekt, srovnatelný co do měřítka a významu s lidstvem pouze s lidským vesmírným letem, byl ztracen. A navždy ztracen.
Po SG-3 bylo a probíhá mnoho pokusů po celém světě nahlédnout do hlubokých horizontů nitra Země, ale bohužel ani jeden projekt se svou důležitostí nepřiblížil práci prováděné v Arktidě.
- Co je nejdůležitější věc, kterou ukázala studna Kola?
- Pánové! Hlavní věc je, že se ukázalo, že o kontinentální kůře nic nevíme
Jak se dostat do superhlubinné studny Kola? Body, souřadnice atd.
- Z Murmansku po silnici A138 pohyb směrem k městu Nikel;
- Na místě 69.479533, 31.824395 bude tam kontrolní stanoviště, kde se budou kontrolovat doklady;
- Pojďme dále k 69.440422, 30.594060 kde odbočíme doleva;
- Pokračujeme po technologické cestě až do 69.416088, 30.684387 ;
- Zaplněná cesta by měla být v bodě vpravo 69.408826, 30.661051 ;
- Jdeme dál a pozorně si prohlížíme klopu na levé ruce. Šel jsem sem: 69.414850, 30.613894 ;
- Dále se pohybujeme po vyšlapané cestě, ale na místě 69.411232, 30.608956 musíte zůstat vpravo.
- Souřadnice studny samotné 69.396326, 30.609513 .
Ve druhé polovině 20. století svět onemocněl ultrahlubokým vrtáním. Ve Spojených státech připravovali nový program pro studium oceánského dna (Deep Sea Drilling Project). Glomar Challenger, postavený speciálně pro tento projekt, strávil několik let ve vodách různých oceánů a moří, na jejich dně vyvrtal téměř 800 vrtů, které dosáhly maximální hloubky 760 m. V polovině 80. let výsledky pobřežních vrtů potvrdily teorie deskové tektoniky. Geologie jako věda se znovu zrodila. Mezitím Rusko šlo svou vlastní cestou. Zájem o problém, probuzený úspěchy Spojených států, vyústil v program „Studium nitra Země a ultrahluboké vrty“, nikoli však v oceánu, ale na kontinentu. Navzdory své staleté historii se zdálo, že kontinentální vrty jsou zcela novou záležitostí. Vždyť jsme mluvili o dříve nedosažitelných hloubkách – více než 7 kilometrů. V roce 1962 Nikita Chruščov tento program schválil, i když se řídil spíše politickými motivy než vědeckými. Nechtěl zaostávat za Spojenými státy.
Nově vytvořenou laboratoř na Institutu technologie vrtání vedl slavný ropný dělník, doktor technických věd Nikolaj Timofeev. Měl za úkol zdůvodnit možnost ultrahlubokých vrtů v krystalických horninách – žuly a ruly. Výzkum trval 4 roky a v roce 1966 vynesli odborníci verdikt - vrtat se dá, a ne nutně s technologií zítřka, stačí už existující zařízení. Hlavním problémem je teplo v hloubce. Podle výpočtů by se při pronikání do hornin, které tvoří zemskou kůru, měla zvýšit teplota o 1 stupeň každých 33 metrů. To znamená, že v hloubce 10 km bychom měli očekávat asi 300 °C a v 15 km - téměř 500 °C. Vrtací nástroje a nástroje takové teplo nevydrží. Bylo třeba hledat místo, kde nejsou hlubiny tak horké...
Takové místo bylo nalezeno - starověký krystalický štít poloostrova Kola. Zpráva zpracovaná v Ústavu fyziky Země uvedla: za miliardy let své existence se Kolský štít ochladil, teplota v hloubce 15 km nepřesahuje 150 °C. A geofyzici připravili přibližný řez podložím poloostrova Kola. Podle nich jsou prvních 7 kilometrů žulové vrstvy horní části zemské kůry, poté začíná čedičová vrstva. V té době byla obecně přijímána myšlenka dvouvrstvé struktury zemské kůry. Jak se ale později ukázalo, mýlili se fyzici i geofyzici. Místo vrtání bylo vybráno na severním cípu poloostrova Kola poblíž jezera Vilgiskoddeoaivinjärvi. Ve finštině to znamená „Pod Vlčí horou“, ačkoli na tomto místě nejsou hory ani vlci. Vrtání vrtu, jehož projektovaná hloubka byla 15 kilometrů, začalo v květnu 1970.
Ale
Zde si můžete poslechnout pekelné zvuky ze studny.
Film: Kola Superdeep: Poslední ohňostroj
Pokus o studium geologického řezu a tloušťky vulkanických hornin obnažených na zemském povrchu přiměl vědecká centra a podobně jako ony výzkumné organizace k identifikaci původu hlubinných zlomů. Faktem je, že strukturní vzorky hornin, které byly dříve vytěženy z útrob Země a Měsíce, byly tehdy pro studium stejně zajímavé. A volba umístění úst padla na stávající obrovský miskovitý žlab, jehož původ je spojen s přítomností hlubokého zlomu v oblasti poloostrova Kola.
Věřilo se, že Země je druh sendviče, který se skládá z kůry, pláště a jádra. Do této doby byly sedimentární horniny blízko povrchu dostatečně prozkoumány během vývoje ropných polí. Průzkum neželezných kovů byl zřídka doprovázen vrtáním pod hranicí 2000 metrů.
Kola SG (superdeep), pod hloubkou 5000 metrů, očekává, že odhalí oddělení žuly a čedičových vrstev. To se nestalo. Vrták prorazil tvrdé žulové skály až do 7000 metrů. Dále ražba probíhala přes poměrně měkké zeminy, což způsobilo zřícení stěn šachty a vznik dutin. Rozdrobená půda zasekla hlavu nástroje natolik, že se při zvedání ulomila trubková šňůra, což vedlo k nehodě. Studna Kola měla potvrdit nebo vyvrátit tato dávno zavedená učení. Vědci navíc neriskovali uvedením intervalů, kde přesně leží hranice mezi těmito třemi vrstvami. Kolská studna byla určena k průzkumu a studiu ložisek nerostných surovin, určování zákonitostí a postupnému vytváření polí výskytu zásob surovin. Základem byla především vědecká platnost teorie fyzikálních, hydrogeologických a dalších parametrů hlubin Země. A pouze ultrahluboký šachtový výkop by mohl poskytnout spolehlivé informace o geologické stavbě podloží.
Mezitím mnoho let příprav na zahájení vrtných operací zajistilo: možnost zvýšení teploty s prohloubením, zvýšení hydrostatického tlaku útvarů, nepředvídatelnost chování hornin, jejich stabilitu v důsledku přítomnosti skalní a formační tlaky.
Po technické stránce se počítalo se vším možné obtíže a překážky, které by mohly vést ke zpomalení procesu prohlubování v důsledku ztráty času na spouštění a zvedání projektilu, snížení rychlosti vrtání v důsledku změny kategorie hornin a zvýšení nákladů na energii pro vrtné stroje.
Za nejobtížnější faktor byl považován neustálý nárůst hmotnosti pažnice a vrtné trubky při jejich prohlubování.
Technický vývoj v oboru se stal úspěšným:
- zvýšení nosnosti, výkonu a dalších charakteristik vrtných souprav a zařízení;
- tepelná odolnost nástrojů pro řezání hornin;
- automatizace řízení všech fází procesu vrtání;
- zpracování informací přicházejících ze zóny dna;
- varování před nouzovými situacemi s vrtnou trubkou nebo pláštěm.
Vrtání ultrahluboké šachty mělo odhalit správnost či omyl vědecké hypotézy o hluboké struktuře planety.
Účel této velmi nákladné stavby zahrnoval výzkum:
1.
Hluboká struktura ložiska niklu Pechenga a krystalická základna baltského štítu poloostrova. Rozluštění obrysu polymetalického ložiska v Pechenga spojené s projevy rudných těles.
2.
Studium povahy a sil způsobujících oddělení vrstevních hranic kontinentální kůry. Identifikace formačních zón, motivů a charakteru vzniku vysoké teploty. Stanovení fyzikálního a chemického složení vody, plynů vznikajících v puklinách a pórech hornin.
3.
Získání komplexního materiálu o materiálovém složení hornin a informací o intervalech mezi žulovým a čedičovým „těsněním“ kůry. Komplexní studie fyzikálně-chemických vlastností extrahovaného jádra.
4.
Vývoj pokročilých technické prostředky a nové technologie pro hloubení ultra hlubokých šachet. Možnost využití metod geofyzikálního výzkumu v zóně rudních výskytů.
5.
Vývoj a tvorba nejnovějších zařízení pro sledování, testování, výzkum a sledování průběhu vrtání.
Studna Kola většinou plnila vědecké účely. Úkolem bylo studovat starověká plemena, ze kterých se planeta skládá a znalost tajemství procesů v nich probíhajících.
Geologické zdůvodnění vrtání na poloostrově Kola
Průzkum a těžba užitečných rudních ložisek je vždy předurčena vrtáním hlubinných vrtů. A proč na poloostrově Kola a konkrétně v Murmanské oblasti a určitě v Pečengě. Předpokladem toho byla skutečnost, že tato oblast byla považována za skutečnou zásobárnu nerostných surovin s bohatými zásobami nejrůznějších rudných surovin (nikl, magnetity, apatity, slída, titan, měď).
Geologický výpočet provedený na základě jádra z vrtu však odhalil nesmyslnost světového vědeckého názoru. Ukázalo se, že sedmikilometrovou hloubku tvoří vulkanické a sedimentární horniny (tufy, pískovce, dolomity, brekcie). Předpokládalo se, že pod tímto intervalem by měly být horniny oddělující žulové a čedičové struktury. Ale čedič se bohužel nikdy neobjevil.
Z geologického hlediska je Baltský štít poloostrova, který částečně pokrývá území Norska, Švédska, Finska a Karélie, vystaven erozi a vývoji po miliony století. Přírodní výbuchy, destruktivní procesy vulkanismu, jevy magmatismu, metamorfní modifikace hornin a sedimentace jsou nejzřetelněji otištěny v geologickém záznamu Pečengy. Jedná se o tu část baltského zvrásněného štítu, kde se geologická historie formování a rudných projevů formovala po miliardy let.
Zejména severní a východní část povrchu štítu byla vystavena staletí korozi. V důsledku toho se zdálo, že ledovce, vítr, voda a další přírodní katastrofy odtrhly (oškrábaly) horní vrstvy hornin.
Základem pro výběr místa pro studnu byla vážná eroze horních vrstev a obnažení starověkých archejských útvarů Země. Tyto výchozy výrazně přiblížily a usnadnily přístup k podzemním zásobárnám přírody.
Ultra hluboký design studny
Ultra hluboké struktury mají povinný teleskopický design. V našem případě byl počáteční průměr ústí 92 cm a konečný průměr byl 21,5.
Konstrukční vodicí sloup nebo tzv. vodič o průměru 720 mm umožňoval průnik do hloubky 39 bm. První technický sloup (stacionární plášť) o průměru 324 mm a délce 2000 metrů; odnímatelný plášť 245 mm, s metráží 8770 metrů. Další vrtání bylo plánováno provést s otevřeným otvorem na úroveň návrhu. Krystalické horniny umožnily počítat s dlouhodobou stabilitou nezakryté části stěn. Druhý odnímatelný sloupek, označený magnetickými značkami, by umožnil kontinuální vzorkování jádra po celé délce hlavně. Radioaktivní štítky na spádovém potrubí byly nakonfigurovány tak, aby zaznamenávaly teplotu prostředí vrtání.
Technické vybavení vrtné soupravy pro vrtání ultrahlubokého vrtu
Vrtání od nuly bylo provedeno pomocí instalace Uralmash-4E, to znamená sériového zařízení používaného pro vrtání hlubokých ropných a plynových vrtů. Do 2000 metrů byl kmen ražen ocelovými vrtnými trubkami s turbovrtákem na konci. Tato 46 metrů dlouhá turbína s bitem na konci byla uvedena do rotace působením jílového roztoku, který byl čerpán do potrubí pod tlakem 40 atmosfér.
Dále byla ražba prováděna v intervalu 7264 metrů pomocí domácí instalace Uralmash-15000, z inovativního hlediska, výkonnější konstrukce s nosností 400 tun. Komplex byl vybaven mnoha technickými, technologickými, elektronickými a dalšími vyspělými prvky.
Studna Kola byla vybavena špičkovou a automatizovanou strukturou:
1.
Průzkum, s výkonnou základnou, na které je namontována samotná sekční věž, vysoká 68 metrů. Určeno k implementaci:
- hloubení hřídele, spouštění a zvedání projektilů a další pomocné činnosti;
- držení vedení a celého potrubí, a to jak v hmotnosti, tak během procesu vrtání;
- umístění sekcí (svíčky) vrtných trubek, včetně vážených vrtných trubek (vrtacích objímek) a pojezdového systému.
Ve vnitřním prostoru věže se také nacházelo vybavení a nářadí SP (sestup-ascend). Zde bylo umístěno i zabezpečovací zařízení a případná nouzová evakuace jezdce (pomocníka vrtačky).
2. Energetická a technologická zařízení, energetické a čerpací agregáty.
3. Systém řízení oběhu a vyfukování, cementovací zařízení.
4. Automatizace, řízení, systém řízení procesů.
5. Elektrická zařízení, mechanizační zařízení.
6. Sada měřicí techniky, laboratorního vybavení a mnoho dalšího.
V roce 2008 byl superhlubinný vrt Kola zcela opuštěn, veškeré cenné vybavení bylo demontováno a odvezeno (většina byla prodána do šrotu).
Do roku 2012 byla demontována hlavní věž vrtné soupravy.
Nyní funguje pouze Kolské vědecké centrum Ruské akademie věd, kde dodnes studují jádro extrahované z ultrahlubokého vrtu.
Samotné jádro bylo odstraněno do města Jaroslavl, kde je nyní uložen.
Dokumentární video o superhlubinné studni Kola
Nové rekordy pro ultrahluboké vrty
Superhluboký vrt Kola byl až do roku 2008 považován za nejhlubší vrt na světě.
V roce 2008 byl ropný vrt Maersk Oil BD-04A, jehož délka je 12 290 metrů, navrtán v ostrém úhlu k povrchu země v ropné pánvi Al Shaheen.
V lednu 2011 byl tento rekord překonán a byl překonán ropným vrtem navrtaným v Severním dómu (Odoptu-sea - ložisko plynové ropy v Rusku), tento vrt byl rovněž vyvrtán v ostrém úhlu k povrchu země, délka byla 12 345 metrů.
V červnu 2013 vrt Z-42 pole Čajvinskoje opět překonal hloubkový rekord s délkou 12 700 metrů.
Ještě v roce 1990 se v jižní části Německa rozhodla skupina vědců podívat do hlubin naší planety na spojnici dvou tektonických desek, které se srazily před více než 300 miliony let, kdy kontinent vznikal. Konečným cílem vědců bylo vyvrtat jeden z nejhlubších vrtů na světě, a to až 10 km.
Zpočátku se předpokládalo, že studna se stane jakýmsi „dalekohledem“, který umožní dozvědět se více o hlubinách naší planety a pokusit se dozvědět o zemském jádru. Proces vrtání probíhal v rámci programu Continental Deep Drilling a trval do října 1994, kdy musel být program kvůli finančním problémům omezen.
Vrt dostal název Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik, zkráceně KTB, a v době uzavření programu byl navrtán na více než 9 km, což vědcům nepřidalo nadšení. Samotný proces vrtání nebyl jednoduchý. Po 4 roky museli vědci, inženýři a dělníci čelit celé řadě obtížných situací a poměrně složitých úkolů. Vrták musel například procházet horninami zahřátými na teplotu asi 300 stupňů Celsia, ale i za takových podmínek se vrtačkám podařilo otvor ochladit kapalným vodíkem.
Navzdory tomu, že program byl omezen, vědecké experimenty se nezastavily a byly prováděny až do konce roku 1995, přičemž stojí za zmínku, že nebyly prováděny nadarmo. Během této doby se podařilo odhalit nová, spíše nečekaná fakta o stavbě naší planety, byly sestaveny nové mapy rozložení teplot a získány údaje o rozložení seismického tlaku, které umožnily vytvořit modely vrstevnaté struktury planety. horní část zemského povrchu.
To nejzajímavější si však vědci nechali na konec. Nizozemský vědec Lott Given, který spolu s akustickými inženýry a vědci z Geofyzikálního výzkumného centra (Německo) dokázal to, o čem mnozí snili – téměř v doslovném smyslu slova „slyšel tlukot srdce“ Země. K tomu potřeboval se svým týmem provést akustická měření, pomocí kterých výzkumný tým znovu vytvořil zvuky, které jsme mohli slyšet v hloubce 9 kilometrů. Nyní však můžete slyšet i tyto zvuky.
Navzdory tomu, že KTB je v současnosti považován za nejhlubší vrt na světě, existuje několik podobných vrtů, které však již byly utěsněny. A mezi nimi vyniká studna, která si za dobu své existence dokázala vydobýt legendy, je to superhluboká studna Kola, známá spíše jako „Cesta do pekel“. Na rozdíl od ostatních konkurentů KTB dosáhl vrt Kola hloubky 12,2 km a byl považován za nejhlubší vrt na světě.
Jeho vrtání začalo v roce 1970 v Murmanské oblasti (Sovětský svaz, nyní Ruská federace), 10 kilometrů západně od města Zapolyarnyj. Během vrtání došlo k několika nehodám, v důsledku kterých museli pracovníci vrt betonovat a začít vrtat z mnohem menší hloubky a pod jiným úhlem. Zajímavé je, že právě se sérií nehod a neúspěchů, které skupinu pronásledují, je spojen důvod vzniku legendy, že studna byla vyvrtána až do skutečného Pekla.
Jak říká text legendy, po překročení hranice 12 km byli vědci schopni slyšet zvuky výkřiků pomocí mikrofonů. Rozhodli se však pokračovat ve vrtání a při projíždění další značky (14 km) najednou narazili na prázdnotu. Poté, co vědci spustili mikrofony, slyšeli křik a sténání mužů a žen. A po nějaké době došlo k nehodě, po které bylo rozhodnuto zastavit vrtné práce
A přestože k nehodě skutečně došlo, vědci neslyšeli žádné výkřiky lidí a všechny ty řeči o démonech nebyly ničím jiným než fikcí, řekl David Mironovich Guberman, jeden z autorů projektu, pod jehož vedením studna bylo vrtáno.
Po další havárii v roce 1990 bylo při dosažení hloubky 12 262 metrů vrtání dokončeno a v roce 2008 bylo od projektu upuštěno a zařízení bylo demontováno. O dva roky později, v roce 2010, byla studna zakonzervována.
Připomeňme, že projekty jako vrtné vrty, jako jsou vrty KTV a Kola, jsou v současné době jedinou možností a příležitostí pro geology ke studiu nitra planety.
