Тяжба с Плутоном. Как бурили Кольскую сверхглубокую скважину
Смело описывать глубинное строение Земли долгое время могли только фантасты. Ученые же, располагая скудными и малодостоверными данными, вынуждены были строить гипотезы, подтвердить или опровергнуть которые из-за нехватки фактического материала было едва ли возможно. Настоящий прорыв в этой сфере произошел лишь в девяностые годы минувшего века, когда завершилось бурение Кольской сверхглубокой скважины (СГ-3), начавшееся ровно 50 лет назад. Специалистам удалось тогда заглянуть на глубину 12 262 метра (недаром данную скважину называли «космос наоборот»). Но, кроме ленинградских геологов, причастных к этому советскому достижению, сопоставимому с покорением межзвездных пространств, увы, теперь его мало кто помнит.
ФОТО Семена МАЙСТЕРМАНА/ТАСС
Кирпичики для модели
Почему сооружение такого значимого объекта десятилетиями откладывали на потом, в общем, понятно. Подобные работы требовали баснословных средств, да и без должного технического вооружения браться за них было немыслимо. В 1958 году американцы взялись за реализацию проекта «Мохол», который предусматривал бурение тихоокеанского дна, но вскоре по разным причинам его тихо свернули.
Лишь спустя несколько лет попытки основательно «проткнуть» землю в Советском Союзе и на другом континенте, в США, оказались более-менее успешными. Правда, с одной оговоркой: все они были связаны с поиском нефти и газа, а изучению литосферы, то есть земной коры и верхней части мантии, до поры до времени отводили второстепенную роль. При этом все сознавали, что поиск и разведку месторождений нужно вести, зная особенности их генезиса и опираясь на в буквальном смысле глубокие геологические изыскания.
Понимали это и в нашей стране: в начале 1960-х годов при Совмине СССР был образован межведомственный научный совет по изучению земных глубин, объединивший две сотни крупных экспертов. Вошли в него и ленинградские ученые, в частности, доктор геолого-минералогических наук Эльмира Наливкина, член Международной ассоциации по исследованию земной коры.
Так началось формирование в СССР целой сети опорных скважин, каждая из которых была тем «кирпичиком», из которых складывалась первая достоверная модель строения литосферы (необходимая, заметим, для создания прогнозных геологических карт). Место заложения каждой из скважин определяли после жарких дискуссий. Первенец этой сети, СГ-1, прописался, например, в Прикаспийской низменности: Аралсорская скважина «ушла» под землю на 6,8 км. А Саатлинская, появившаяся в Азербайджане, была еще глубже – 8,3 км.
«Ленинский» мегапроект
Между тем соперничество с американцами, поставившими мировой рекорд (их скважина «Берта-Роджерс» «заглянула» в Оклахоме на 9,5 км), продолжалось в своеобразной буровой гонке. И преодолеть эту отметку удалось лишь на СГ-3, строительство которой, растянувшееся на два десятилетия, курировал не кто иной, как министр геологии СССР Евгений Козловский.
Забой Кольской сверхглубокой скважины, вошедшей в «Книгу рекордов Гиннесса» как наиболее активное вторжение человека в земную кору, оказался на километр ниже Марианской впадины, самой глубокой океанической «пропасти» на планете. Но удивительнее то, что она была пробурена не в комфортных погодных условиях, а в Заполярье, где свирепствует жуткая стужа: на северо-востоке Балтийского щита (Печенгский рудный район), довольно удобном для достижения древних глубинных пород месте.
В этом мегапроекте, как сейчас говорят, на разных этапах было задействовано около 150 научных и производственных организаций страны, включая ленинградский Центральный (ныне Всероссийский, ВСЕГЕИ) научно-исследовательский геологический институт, отвечавший за изучение керна, извлекаемых при бурении горных пород. А строительство скважины, заложенной к 100-летию со дня рождения Ленина, с 1970 года вела созданная для этого Кольская геологоразведочная экспедиция (ГРЭ), которую возглавлял известный геолог Давид Губерман.
«Впервые я побывала там в начале семидесятых, когда училась в Ленинградском госуниверситете и собирала материал для дипломной работы, – вспоминает Нина Виноградова, ведущий специалист отдела региональной геологии и полезных ископаемых восточных районов России ВСЕГЕИ. – Добравшись до Мурманска, пересела в автобус, следующий до города Заполярный, в десяти километрах от которого находилась буровая площадка. При мне были бумаги, позволявшие выехать в эту недоступную для многих пограничную зону...»
Что же увидела, оказавшись на месте, молодая ленинградка? Да, в общем-то, ничего неожиданного: вагончики с материалами, стройные ряды сложенных на стеллажах буровых труб и административное здание, соединенное крытым проходом с буровой вышкой, где дни и ночи не утихал рокот мощного дизеля.
«Ящики с керном хранились там же в отдельном корпусе, – продолжает Виноградова. – Его маркировкой и первичным описанием занимались специалисты Кольской ГРЭ, к которым я присоединилась. А более серьезные исследования, требовавшие сложного оборудования, проводились на «большой земле»: сначала только в Ленинграде, в лаборатории петрофизических свойств горных пород нашего института, а затем и других регионах страны».
«Северянка» с характером
«Железо» для СГ-3 готовили тоже всем миром, чаще всего методом проб и ошибок. Ведь почти ничего из того, что на заполярную сверхглубокую скважину попадало, отечественная промышленность серийно не выпускала. Первые тысячи метров, пока бур проходил через однородный гранитный слой, правда, обеспечила стандартная буровая установка. Но, когда подошли к менее прочным слоистым породам, где ствол скважин стал осыпаться, ее заменили.
На глубине 7,2 км вгрызаться в землю продолжила новая установка «Уралмаш-500». По ряду рабочих параметров она уступала зарубежным аналогам, но имела более мощный, чем прежде, насос, а также скоростную лебедку и элеватор-автомат для соединения 36-метровых труб, сделанных из легких алюминиевых сплавов: стальная колонна просто разорвалась бы от своего веса. Но вся эта махина, которую ее создатели-свердловчане ласково называли «северянкой», могла действовать лишь в «комплекте» с разработанной для СГ-3 технологией бурения, ставшей советским ноу-хау.
Тяжело ли давался каждый метр проходки? Судите сами: через каждые четыре часа буровая коронка тупилась и ее приходилось менять, поднимая колонну и разбирая звенья (на это уходило до 18 часов), а вместе с ней 46-метровый турбобур, действующий от давления бурового раствора. Но чем глубже проникали под землю, тем более непредсказуемо вели себя недра. Ни технические ухищрения, ни научное сопровождение, ни опека со стороны властей от тяжелых ситуаций спасти не смогли.
Под воздействием горных структур колонну то и дело заклинивало, часть ее приходилось обрывать, цементируя аварийный участок, и перебуривать выше с небольшим отклонением. Со временем общий рисунок ствола, таким образом, стал напоминать ветвистую крону дерева. Хозяин недр, грозный Плутон, пускать в свои владения дерзких исследователей, видимо, не желал. Тяжелый его характер, впрочем, познали и американцы, обладавшие более совершенным оборудованием: у них тоже не обходилось без потрясений.
Но путешествие к центру Земли того стоило: СГ-3 кардинально меняла научную картину, связанную с происхождением и обликом земной коры, особенно нижних ее слоев. Каждый метр вынутых из керноприемника пород, проливавший свет на туманные доселе вопросы, был бесценен. Мало того, в интервале от полутора до двух тысяч метров буровики вскрыли там крупные залежи медно-никелевых руд.
Под завесой секретности
Тем не менее кольские события широко не обсуждались. Поскольку режим региона был пограничный и рядом находились стратегические месторождения, открытых публикаций по этому поводу почти не было. Полученную там информацию старались не предавать огласке, что накладывало отпечаток на прорывавшиеся в научные издания статьи, говорят старожилы ВСЕГЕИ. Столкнулась с этим и кандидат геолого-минералогических наук Виноградова, написавшая диссертацию на кольских полевых материалах.
«Лет десять, если не больше, я ездила на ту скважину, уже как сотрудник отдела петрологии нашего института, – рассказывает она. – Мы привозили керн, из которого делали шлифы, тончайшие пластинки, необходимые для изучения под микроскопом состава пород».
Богатая коллекция керна, доставленного с этой и других пробуренных на территории СССР сверхглубоких скважин, хранится сейчас в Центральном научном геологоразведочном музее ВСЕГЕИ. По словам Леонида Колбанцева, зам. директора музея, эти красноречивые свидетели давних свершений востребованы у многих исследователей и поныне...
В близкие к горбачевской перестройке времена завеса секретности, окутавшая СГ-3, стала спадать, а затем полностью рухнула. На скважине, которую и упоминать лишний раз было непросто, в августе 1984 года побывали участники проходившей в Москве 27-й сессии Международного геологического конгресса. Бурение в этой связи было приостановлено (забой там опустился уже на 12 066 метров), но, когда отгремели фанфары, специалистов снова постигла неудача: через месяц при первом же спуске колонны ее заклинило породой.
Делая новое ответвление ствола (максимальное отклонение от устья составляло уже 840 метров), в 1990 году бригада опустилась еще почти на 200 метров. На этом после очередной аварии бурение окончательно замерло и больше из-за отсутствия финансирования не велось. Лет через десять изучением кольского керна, общемирового достояния, в рамках проекта ЮНЕСКО стали заниматься ученые из десяти стран (работы велись под эгидой отечественных академических центров), но в 2005-м этот проект завершился.
А три года спустя научно-производственный центр «Кольская сверхглубокая» (бывшая ГРЭ) был ликвидирован, буровую демонтировали и весь «каменный» материал, сотни ящиков, отправили в ярославский НПЦ «Недра». На месте, к которому было приковано внимание мировой науки, воцарилась разруха. Минувшей весной, к 50-летию создания СГ-3, власти Мурманска объявили, что собираются сделать Кольскую скважину туристическим объектом, но это вряд ли удастся. Ведь почти ничего, кроме остатков построек и заглушки на скважине, там не осталось...
Maersk Oil идет по пятам
Академик Феликс Митрофанов, возглавлявший Геологический институт Кольского научного центра РАН, некогда предлагал восстановить СГ-3, передать в федеральную собственность и создать на ее базе школу для повышения квалификации специалистов по шельфовому бурению. Но доводы ученого никто не услышал, а скважина продолжила разрушаться. Примечательно, что до 2008 года она оставалась самой протяженной в мире, пока ее не обошла скважина Maersk Oil BD-04A (Катар), пробуренная под острым углом к поверхности земли.
Но дело не в рекордах, а в колоссальном значении «подземного космоса», который был явлен ученым. Когда зарубежные гости спросили на буровой у Владимира Белоусова, члена-корреспондента Академии наук СССР, что же дала Кольская скважина, маститый геотектонист ответил: главное, она показала, что о континентальной коре мы ничего толком не знаем. В том смысле, что эта сфера хранит много загадок даже теперь, после полученных благодаря СГ-3 новых сведений.
Эти открытия упоминались в посвященном ей коллективном труде, в подготовку которого внесли свой вклад ленинградские геологи. Так, считалось, что на глубине 7 км граниты сменяются базальтами, но вместо них встретились гнейсы, метаморфические породы, состоящие из кварца и полевых шпатов, отмечают специалисты ВСЕГЕИ. А ниже были обнаружены сильно минерализованные воды, чего тоже никто не ожидал. Полагали, что с каждым пройденным километром температура будет подниматься на 10 градусов, а она вырастала скачкообразно.
Сложившиеся на основе геофизических данных представления о недрах оказались слишком упрощенными, делали вывод авторы книги. Это касалось определения границ слоев земной коры, строения и физических параметров верхней части земной мантии, происхождения глубинных пород и т. д. А новые фундаментальные знания дали толчок к развитию практики, то есть материковой и шельфовой геологоразведки, что помогло в освоении ресурсных богатств и пополнении федеральной казны.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 191 (6789) от 21.10.2020 под заголовком «Тяжба с грозным Плутоном».
Комментарии