1970年,前苏联在科拉半岛启动了一项被称为“超深井”(俄语:Сверхглубокие скважины)的大型科学钻探计划,此次计划中的一个编号为“SG-3”的钻孔,被称为科拉超深钻孔,其垂直深度达到了12262米,是迄今为止到达地球最深处的人造物。

那么问题来了,既然已经钻得这么深了,为什么不接着钻呢?是什么阻止了人类继续往下?12262米深发生了什么,让地球最深人造物止步于此?下面我们就来聊一下这个话题。

相信有不少人都会将科拉超深钻孔想象成一个深不见底的大洞,就像这样:

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然而事实却是,这个钻孔要比想象中小得多,其上部直径约92厘米,下部直径约21.5厘米,它的井口其实是长这样的:

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在传统钻探中,钻头的转动主要靠地面钻机,即地面电机带动整根钻杆旋转,钻杆再把扭矩一路传递到井底,但想要钻到地下1万多米的深度,这样的方法却行不通。

因为随着深度的增加,钻杆和井壁之间的摩擦会吞掉越来越多的能量,更重要的是,钻杆本身会发生形变,当深度达到一定程度时,如果整根钻杆一起转,就极易发生断裂。

为了解决这个问题,工程师们采用了一种被称为孔底动力钻探的技术,其原理简单来讲就是,上面的钻杆不转,只有最底部的钻头转,他们利用高压泵将特制的钻井液压入孔底,通过钻井液产生的液压动力驱动钻头旋转,而上面的钻杆只是起到支撑和输送液压动力的作用。

在科拉超深钻孔中,钻探工作被切分成许多阶段,每钻到一个相对稳定的深度区间,就会下放套管,把已经完成的孔段固定住,然后再继续往下钻。

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刚开始的时候,似乎一切都在工程师们的掌控之中,但随着深度增加,情况却渐渐发生了变化。

真正的转折点,出现在大约7000米的深度,在这个深度,温度上升速度开始明显快于此前的理论预测,井下设备的工作状态变得不稳定,钻井液的性能开始下降,钻头和钻杆的磨损速度大幅提高。

当深度突破1万米后,井底温度已经接近200摄氏度,在这样的温度下,金属会软化,橡胶密封会老化,电子元件会失灵,那些原本在实验室中表现可靠的设备,在井下往往坚持不了多久。

与此同时,另一个更大的问题开始显现出来,那就是深部岩石在高温高压下,表现出类似塑性材料的特性。

它们不再是坚硬、脆裂的状态,而是会缓慢地发生形变,这直接导致钻孔壁开始向内挤压,原本钻出的空间在不知不觉中被“吞噬”。钻杆被卡住、井壁变形、孔径缩小,这些问题频繁出现,使得每一次往下推进都伴随着很高的风险。

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更出乎所有人意料的是,在传统理论中,如此深度的岩石应该已经极度致密,不可能存在自由流动的水,然而在实际钻探中,工程团队多次遇到高压水突然涌出的情况,这大幅提升了发生失控事故的风险。

在接下来的时间里,为了应对不可预测的风险,钻井方案变得越来越保守,一旦监测到异常信号,钻探工作就会立即暂停,在排除了安全隐患之后再继续进行。

尽管如此,事故仍然不可避免,特别是在1984年,当时钻深已经达到了12066米,然而在提升钻杆的过程中,由于机械故障和岩石卡死,一截长度大约为5000米的钻杆直接断在了孔里。在经过仔细研究之后,人们最终忍痛割爱,从大约7000米的深度重新斜向开钻。

随着时间推移,工程的进度也越来越慢,以至于到了后期,每向下推进几十米,都需要数月的准备,而深度的继续增加也使得工程消耗越来越大,一个昂贵的合金钻头往往只能工作几个小时,甚至几十分钟就会报废。

最终,当钻孔深度达到12262米时,工程团队已经清楚地意识到,继续往下所需付出的代价,已经超过了当时技术和现实条件所能承受的范围,在此基础上,再加上前苏联的解体,于是在1994年的时候,整个钻探计划宣告终止,而科拉超深钻孔也从此成为了地球最深人造物。

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值得一提的是,有传言称前苏联原本是想在此次计划中钻穿地球,但当钻到12262米深时,钻头钻到了一个巨大的空洞,研究人员放入了耐热麦克风,录到了某种巨大的“惨叫声”,仿佛打开了地狱之门,于是在恐惧之中,该计划被终止了。

不得不说,这样的传言确实有点吓人。然而实际情况并不是这样,首先来讲,该计划的预定最大深度也只是15000米,而不是钻穿地球。

另一方面,在地下1万多米的深处,巨大的压力是不允许存在“巨大空洞”的(即便有空隙,也会被具有塑性的岩石和泥浆瞬间填满),而那个所谓的“惨叫录音”,后来也被证实是由恐怖电影的音效剪辑而成的。

所以真正阻止了人类继续往下的,其实是地球内部的极端环境,在科技水平的限制下,12262米深可以说是当时能够达到的极限了。或许在不远的未来,随着科技的不断进步,人类将有机会再次向地球深处发起新的挑战。