中國發布向地球深部進軍的新成果！ 「入地」比「上天」更難

出品：科普中國

製作：中國地質調查局科普辦公室 王莉 王穩石 侯賀晟 章茵 丁群安 郭俊麗 張凡

監製：中國科學院計算機網路信息中心

2018年5月26日，自然資源部中國地質調查局對社會公布了「向地球深部進軍」——松遼盆地大陸深部科學鑽探工程的重大成果。

「松科二井」全景

「松科二井」目前的完鑽深度，已經讓它成為亞洲國家實施的最深大陸科學鑽井。

當然，這次發布的重大成果不只有「深度」這麼簡單。整個工程攻克了超高溫鑽探和大口徑取心等重大技術難題、推動了核心技術的自主創新，實現了大陸科學鑽探技術上的多項突破，工程獲取的415萬組24TB的深部實驗數據，將成為打開地球深部奧秘的「金鑰匙」。

那麼，「松科二井」到底是個啥？我們為什麼要向地球深部進軍？未來我們會繼續鑽探嗎？

走，讓我們一探究竟！

「松科二井」是個啥？

「松科二井」是自然資源部中國地質調查局組織實施的松遼盆地大陸深部科學鑽探工程，完鑽深度7018米，是亞洲國家實施的最深大陸科學鑽井，也是國際大陸科學鑽探計劃（ICDP）成立22年來實施的最深鑽井。

工程超額完成了預定目標，實現了理論、技術、工程、裝備的重大突破，為搶佔深部鑽探技術國際制高點奠定了堅實的基礎，對保障國家能源安全、建設「百年大慶」和實施「振興東北老工業基地」戰略具有重要意義。

我們為什麼要向地球深部進軍？

曾幾何時，「上九天攬月，下五洋捉鱉」一直是人類探索自然的夢想。

如今，人類的航天探測器已在太空留下足跡，深潛器也一次次突破洋底極限深度。然而，比起「上天下海」，人類的「入地」之旅卻由於地殼岩石阻隔而困難重重。地球深處到底什麼樣？一直吸引著科學家們孜孜不倦地探索。

若想對地球內部結構和物質成分進行探測，最直接、最有效和最可靠的方法是向地球縱深打一口科學鑽探井，將人類的「視距」向地球內部延伸數千米甚至上萬米，進而一探究竟。

通過科學鑽探，在地質學方面，可以研究地球深部構造及演化、地球深部流體及其作用，校驗地球物理探測結果；在資源能源開發利用方面，可以研究成礦理論、油氣成因，調查和開發深部熱能；在環境科學方面，可以研究地震成因、火山噴發機理、地質災害預警、地球氣候演變、生命演化歷史。因此，科學鑽探被形象地譽為了解地球內部信息的「望遠鏡」。

鑽探示意圖

「松科二井」大事記

從2012年5月現場探勘，到2018年3月18日7018米井深完鑽，工程人員和科研人員付出了艱辛的努力。

「松科二井」都取得了哪些科學成果？

1.發現了松遼盆地深部兩種清潔能源具有良好的勘探開發前景

完整揭示了深部頁岩氣資源潛力 。在松遼盆地深部凹陷帶沙河子組和火石嶺組（3350 米以深）地層中發現頁岩氣氣測異常43層，累計厚度102米，甲烷佔全烴組分平均含量的86%，異常幅度與背景值的平均比值為 14.77，證實了松遼盆地深部存在有利的頁岩氣層系。

首次發現了具備開發條件的盆地型乾熱岩地層。在井深 4400 米—7018 米發現溫度150℃ ～240℃高溫乾熱岩體和2層含高放射性元素異常地層，熱流值為84毫瓦/平方米，展示了松遼盆地具有良好的地熱能開發應用潛力。

松遼盆地深部能源資源示意圖

2. 獲得了白堊紀陸地古氣候演變規律的三項重要證據

實現了對白堊紀最完整最連續陸相地層厘米級高解析度的精細刻畫.建立了白堊紀地層演化的重要地質歷史檔案；重建了白堊紀陸相百萬年至十萬年尺度氣候演化歷史，發現了各個時間尺度陸相氣候變化的主要控制因素，為研究地球氣候系統在溫室氣候條件下演變機制找到了新證據；發現了白堊紀氣候波動重大事件，捕捉到大規模火山爆發排放二氧化碳引發陸相氣候劇烈波動的重要信息，證實了氣候快速變化是導致恐龍滅絕的誘發因素。

3. 取得了基礎地質研究三項重大進展

創建了完整的松遼盆地陸相地層標準剖面，建立了地層對比的「金柱子」；建立了松遼盆地演化新模式；首次發現了松遼盆地多次、短期海侵事件的新證據，豐富了白堊紀陸相生油理論，對松遼盆地深部油氣勘探有重要的指導意義。

「松科二井」實現了哪些技術突破？

1.創新了超深井大口徑取心技術體系

在世界上首次研發並成功應用 311mm大口徑一次取心成井技術；中空井底動力繩索取心、機械輔助無損出心技術； 研發出系列大口徑長鑽程取心鑽具和系列國產渦輪鑽具。

研發的KT 系列長鑽程取心鑽具

2.創造了鑽探取心技術四項世界紀錄

創造了 311mm 口徑單回次取心長度30m 紀錄；

創造了 216mm 口徑在井深超 4700m單回次取心長度 41m 紀錄；

創造了 152mm 口徑在超深井段單回次取心長度 33m 紀錄；

創造了 311mm 超大口徑超千米連續取心（1650m）紀錄。

獲得的松科二井超大直徑岩芯

3. 攻克了超高溫鑽井技術難題

研發成功超高溫的水基鑽井液體系、固井、隨鑽測溫等系列技術和全金屬渦輪鑽具，創造了國內最高溫度（241℃）條件下鑽進新紀錄。

鑽井液循環示意圖

「入地」難於「上天」，未來我們會繼續「深鑽」！

科學鑽探過程中會遭遇很多世界級難題，其中就包括地球的「三高」（高溫、高壓、高地應力）問題。在「三高」條件下，首先鑽機的配件和電子元件能否正常工作？

其次，在此條件下井壁岩石容易破碎，造成井壁垮塌、卡鑽等井下事故。

最後，從地表打至數千米深處，井斜度不能超過18度，由於無法有效地探知井斜的發生，這成為制約科學鑽探的世界級難題。

所以，表面上看是打一口井，實際上卻是在考驗一個國家的經濟實力、基礎工業實力和整個科技的發展水平。

近半個多世紀以來，科學鑽探一次又一次帶給人們問號與驚嘆，一次又一次推動地球科學取得重大突破，為人類了解地球內部、研究地球變化和勘探各種資源開闢了新的途徑。

中國在國際科學鑽探項目中所獲得的高水平的研究成果得到國際相關領域的普遍關注和高度評價。隨著中國科技實力的增強，科學家們將繼續「深鑽」，按照國家目標做更多探索，並引領世界地球科學的發展！