超深孔地质钻探的概念

  为研究地壳深部和上地幔地质与矿藏等情况而进行的钻探工程，又称科学钻探。超深孔的深度定义，随钻探工程技术的发展而变化。目前，用旋转钻机施工深6 000 m以上，用岩心钻机施工深3 000 m以上的钻孔，统称为超深孔。
 
  其目的主要有以下7个：①研究深部地质学、实施“国际岩石圈计划”(ILP)的主要手  段之一；②探察地壳和上地幔的结构，研究其物质组分和矿产分布规律，研究新的成矿理论；③验证深层地球物探探测资料；④探索地震预报新途径；⑤在火山岩区勘探和开发”F热岩”地热能源；⑥作为地壳深部长期观测孔站，装置仪器长期观测地磁、地电、地应力、地热变化，掌握地壳活动规律，研究岩矿成因、变质作用、物相转化、合成矿物的条件等；⑦作为地壳深部核废料处理场。
 
  超深孔钻探与一般的钻探相比，有其特殊性。主要特点：①孔位应选在地壳尽可能裸露的结晶岩地区。②要尽量取出全套地层的地下地质实物资料，如岩心、岩屑侧壁岩样、液态和气态样；进行地球物理测井和采集信息资料。③为减轻钻探设备的总重量、节约功率总消耗，使用高强度轻合金钻杆；为保持长钻杆柱(3 000-is 000 m)的高度稳定性、预防钻孔弯曲，大量削减起下钻次数，降低非生产时间和劳动强度，要采用与孔底动力机（涡轮钻、螺杆钻、冲击回转钻）结合的绳索取心和孔底换钻头等新技术。④结晶岩坚硬，要研制全新式长寿命金刚石钻头。⑤由于钻探工作是在高温(150-400℃)、高压(100 -150MPa)状态下进行的，各类孔底动力机、钻头、测井仪器、电缆等都要提高耐高温、高压的能力，还必须采用抗高温的钻井液材料和处理剂。
 
  各国超深孔及其成果简介（主要介绍苏联、美国、德国、中国等的情况）如下：
 
  (1)苏联20世纪60年代初，地质学家H．A．别利亚耶夫斯基等根据深部地球物理资料提出，为获得整个地壳剖面，至少要在6个地区打超深孔。苏联国家科委为统一协调超深孔钻探规划，组建了“地球地下资源研究与超深孔钻探部门科学委员会”，由E．A.科兹洛夫斯基任主席，有95个生产和科研单位参加。设计施工超深孔约18口。其中cr -1井设计深度12 000 m（乌拉尔的马格尼托哥尔斯克复背斜）；cr -2井设计深度15 000 m(阿塞拜疆的萨阿特雷)；cr -3井设计深度15 000 m（科拉半岛）。其他15口为6 000 m左右的卫星井。cr -3井到1986年3月已达12 300 m，居世界领先地位。
 
  超深钻探中意外发现，在7 000-8 000 m深的岩层中，有矿化水和大量温度达150℃的二氧化碳、氦、氢和碳氢化合物气体；在岩石中还有20亿年前的生物化石；火成岩比预估的要厚得多；预计在4 500 m左右遇到岩层，实际上在6 800m才遇到；过去认为地震波传播速度突变处就是康拉德面（即地壳花岗岩与深部玄武岩的交界处），物探探测为7 000 m，而11 000 m还未遇到。这使水热矿床和油气形成的传统理论遇到挑战。苏联科学家认为，在4 700 m以下，用折射波识别地震波折射和多种岩石结构的单道地震速率来划分层位是错误的。
 
  (2)美国。1961年，美国开始实施莫霍计划(Mohole  Project)，在加利福尼亚湾外试钻，此后在墨西哥西海岸外钻到玄武岩，因多种原因而中途终止计划的执行。1965年，美国组建了“海洋地球深部取样联合机构”(JOIDES)，由苏、英、日、德等参加商定进行“深海钻探计划”。
 
  1968 -1983年正式执行“深海钻探计划”，用“格洛玛挑战者”号钻探船航遍各大洋，在96个航次中共航行60万km，在624个工作点上钻了1 092个钻孔，取岩心近9.8万m，最大工作水深6 247 m，水下最大钻进深度1412 m，钻人玄武岩最深583 m，编成的《深海钻探计划初步报告》至1985年已达40多卷，对地球科学、海洋科学做出了巨大贡献。
 
  1974年，美国在俄克拉荷马州钻成了罗杰斯1号超深孔，深9 583 m。1984年3月，在美国国家科学基金会领导下，由23所大学参加组建了地壳深部观测与取样组织(ECDOSO)。1985年一些科学家提出33份有关科学钻探的建议，分设“大洋钻探计划”（ODP）及“大陆科学钻探计划”(CSDP)，这两个计划是相辅相成的，美国大陆共选定井位29处，1986年在索尔顿海的以研究地热为主的第一口深孔于3月完工，井底温度高达365℃。
 
  (3)德国。1985年，联邦德国成立了“大陆深孔钻探”(KTB)组织，在联邦德国科技部(BMFT)领导下，选定两个深孔孔位，代号分别为ENV和ZTT。ENV先导孔于1987年9月18日开钻，孔深达到4 000.1m，于1988年4月完成。主孔设计深度为12 000 m，已于1990年9月正式开钻。
 
  (4)中国。中国开展深部地质学研究已有多年，取得了一些成果，并参加了“国际岩石圈计划”。1978年为石油勘探钻成一口深7 175 m的超深井，1988年起已筹办超深孔地质钻探，目前已结束全部钻探工作，井深5 500 m。
 
  (5)其他国家。法国、意大利、罗马尼亚等分别钻了多口超深孔。日本、澳大利亚等国参加了“深海钻探计划”和“大洋钻探计划”。