​带你了解世界上最深的科研钻井—科拉超深钻孔

带你了解世界上最深的科研钻井—科拉超深钻孔

在临近挪威国界的荒原之中，位于俄罗斯科拉半岛（The Kola Peninsula）之上，有一口世界上鼎鼎大名的科拉超深钻孔，是苏联于1970年在科拉半岛佩琴加区设立的科学钻探项目。建造科拉超深钻孔，主要是为了研究我们星球上最古老的岩石，并了解其中发生过的地质过程。

钻孔位置

关于科拉超深钻孔有各种各样的传说。

相传科拉超深钻孔曾经钻到地下1.2万米的地方，在这里，挖掘仪器震动强烈，科学家们惊讶地发现地心内部竟有一个空腔，他们使用超精度录音机探测，却听到了类似人类的惨叫声，他们认为自己挖开了“地狱之门”。

甚至有文章这样记载，“科考队用地质探测器对钻洞口进行激光扫描，超声探测器探测后，结果显示钻洞内部有哀号哭喊声和巨大爆声。而后，俄罗斯将科拉钻洞再次封闭，洞口用钢筋混凝土和钢水封死，周围50千米都设为军事禁区和禁飞区。”

有关地狱之门的传说当然是子虚乌有的。撇开这些怪力乱神，现实中的科拉超深钻孔，也是一个具有传奇色彩的宝藏钻井。

诞生于美苏两国冷战期间，这口钻井也背负着“为国争光”的光荣使命，那时，两国向地球最深处钻孔，希望自己能率先挖穿地壳，到达莫霍洛维奇不连续面，也就是地壳和地幔之间的分界面。

莫霍面不连续示意图

苏联那么大，为什么偏偏选择在佩琴加区进行钻探呢？事实上，这一地区有着得天独厚的优势。覆盖科拉半岛、芬兰、瑞典和挪威等地的波罗的地盾（Baltic shield），是欧洲最古老的地质区域之一，而佩琴加正好是这个地盾的一部分。在这里，水、风和冰川侵蚀了覆盖在数亿年前古老地层之上的沉积物，使得我们在这里钻15千米深的井，就可以看到通常隐藏在25千米或更深的陆壳中的地层。

1965年，项目负责人找到了合适的钻探地点。经过五年的建设和准备，所有钻井设施的施工和安装工作完毕，工业园区和住宅建设完成。1970年，一场人类史上的工程壮举在北极圈内徐徐展开。

1970年，为了纪念列宁诞辰100周年，科拉超深井正式开钻。这在当时可以说是一场轰轰烈烈的科学研究项目。整个研究计划是在前苏联地质部的直接领导下进行的，成千上万的科研人员中只有极少数的科学家得以到现场参加。所有参与钻探工作的人员均分得了一套莫斯科的公寓房，工作期间的月工资水平达到大学教授一年的年薪。钻井现场成立了16个实验室对岩心进行研究。

苏联人使用Uralmash-4E系列钻机完成第一阶段钻探。设计钻探5000米，实际达到了7263米。这成为该设备达到的最深纪录，也让科拉超深钻孔一举成为了当时欧洲最深的钻孔。

在第二阶段钻探过程中，技术团队拆除旧钻机，采用独特的Uralmash-15000装置，在井底高温和高压的极端条件下，最终达到10636米。1979年6月6日当天，科拉超深井打破了之前由美国奥克拉荷马州Bertha Rogers超深井保持的9583米的记录，正式成为当时世界上最深的超深井。

钻探工作一路高歌猛进。1983年，该井达到了12000米，超越了世界上最深的马里亚纳海沟。为了准备1984年在莫斯科举办的国际地质大会，此后的钻探工作停止了大约一年，而这一闲置期也许为后来的事故埋下了隐患：1984年9月，在钻探到12066米后，一根5000米的钻柱断裂并留在钻孔中。后来的钻探工作只能从7000米的深度重新开始。

1989年，科拉超深钻孔首次达到了它的最大深度——12262米。工作人员乐观地预计，该钻孔深度将于1990年达到13500米，到1993年达到15000米。

但他们很快就发现，这个深度地壳的温度已经高于预期的100℃，达到了180℃，这个温度下设备损坏非常严重，想要进行更深的钻探已经不可行了，于是钻探工作在1992年停止，停止钻进的官方理由是经费不足。从12000米到12262米，短短的262米花了整整十年才取得进展。

虽然1992年就停钻了，但此后，针对科拉超深井的资料和数据研究仍持续了数年，直到2006年资金耗尽。2008年，该地址被废弃，科拉超深钻孔被牢牢封严，一代传奇终于落幕。

既然科拉超深钻孔钻了这么深，究竟有没有完成当初人们赋予它的光荣使命，成功钻到莫霍面呢？答案非常遗憾，不但没有，还差了不止一点，它只到达波罗的地盾的1/3处。

地球内部圈层示意图

一般来说，地壳在5-70千米的厚度范围内，海洋地壳的厚度较小，在8千米左右，大陆地壳的厚度则在20-70千米。所以即使按最薄的陆壳算，科拉超深钻孔也才刚刚钻透一半，更别提那些比较厚的地方了。而按照地球的平均半径6371千米来计算，科拉超深钻孔也只钻到了0.2%的位置，实在是太微不足道了。

科拉超深钻孔的直径只有大约20厘米，却帮助我们窥探到了丰富多彩的地下世界，科学家甚至观测到了20亿年以前的生命活动。在地表以下6千米处他们发现了微小的浮游生物化石，在地下高温高压的环境中居然保存得完好无损。

在钻井深处，科学家还意外发现了水的踪迹。他们猜测，这是地壳深处矿物中的氢和氧直接生成的水，由于一层不透水的岩石隔断而无法到达地表。

据官网记载，在9千米至12千米的地层里，岩心里的黄金含量达到了4克/吨的品位，已经满足了商业开采要求。虽然科拉超深井的勘探过程与太空竞赛的方向完全相反，但是科学家从科拉超深井3千米处获取的岩石，同苏联月球车采集的月球土壤，成分居然是一样的。

地下12260米岩心

事实上，到了今天，科拉超深钻孔的深度纪录已经被一些“后起之秀”给打破了。2008年，卡塔尔的阿肖辛油井达到了12289米；2011年，俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井达到了12345米；2012年，埃克森美孚石油公司的Z-44 Chayvo油井达到了12376米。但是，这些油井只是胜在总长度更长，它们还存在一定的水平位移，以实际的垂向深度计算，科拉超深钻孔SG-3依然是到达地球最深处的人造物，也是世界上最深的纯粹以科研为目的钻探井。