Меч для кольского щита

01 января 1982 года, 00:00

Меч для кольского щита

В Основных направлениях развития нашей страны изучение строения, состава и эволюции Земли выделено как одна из важнейших научно-технических программ, в рамках которой планируется бурение серии сверхглубоких скважин.

Усилиями многих поколении ученых — геофизиков, географов, геологов — человек уверенно опустился на горизонты в несколько километров — там нефть, уголь, руда. И ныне у нас все, кроме, пожалуй, пищи и одежды, от земных глубин.

А что там, глубже? Практика подгоняла любознательность. Тонкая кожура земного «яблока» оказалась не беспредельной по запасам полезных ископаемых. Наконец, там, в глубинах, разгадка причин, быть может, самого страшного по сей день стихийного бедствия — землетрясений... Так формировалась идея сверхглубокого бурения. Практика же начиналась с дискуссий — время ли бурить? Готовы ли мы технически к этому? И если нет — пока «собирать камни» с поверхности и глубин реальных, а о желанных сверхглубинах ограничиться до поры информацией опосредованной, той, что давали методы геофизического зондирования.

То были шестидесятые годы. Время выдающееся в истории цивилизации. Стремительного выхода земной науки в космос. И выхода идеи сверхглубоких скважин из тишины академических кабинетов. Как ни покажется странным, первое ускорило общественное «созревание» второго события.

Мы начали терять счет эпохальным космическим достижениям. Восхищенно умолкали перед фотографиями Венеры и Марса, в земные лаборатории доставлялись лунные камни и метровые керны подповерхностных пород ближайшей соседки Земли, автоматы за десятки миллионов километров сообщали характеристики слагающих планеты веществ. А у нас под ногами через считанные километры начиналось неведомое.

Видный советский геолог В. В. Белоусов писал, что создалось положение, когда далекое космическое пространство оказалось известным в некоторых отношениях даже лучше, чем собственная планета. И чем основательнее мы знакомились с околосолнечным пространством, тем чаще начинали задумываться о загадках и проблемах Земли. Почему она порой столь щедра на богатства, порой скупа? Почему неспокойна? То были вопросы общественно актуальные; и они не могли, разумеется, не ускорить практическое созревание идеи сверхглубоких.

Бурильный бум открыл американский проект «Мохол» в начале 60-х годов. Скважина прошла пять километров у берегов Калифорнии. Затем в Оклахоме заложили «Берту Роджерс». На отметке 9583 метра из-за прорыва расплавленной серы бурение пришлось остановить, и этот результат долгое время оставался рекордным, а для скептиков еще и аргументом в пользу бесполезности самой идеи. Но 6 июня 1979 года этот результат и «аргумент» перечеркнул коллектив рабочих и ученых на Кольской сверхглубокой.

В тот день родился, если применительна к состязанию с природой спортивная терминология, новый мировой рекорд — 9584 метра. И уже более двух лет советская наука и буровая техника торят дорогу в неведомое.

За несколько километров сопки открывают архитектурно безупречную белую громадину вышки, откуда ведется штурм Земли. Она появляется неожиданно в распадке безымянных сопок и в ожерелье таких же безымянных бесчисленных озерков и озер Кольской заполярной тундры. Похожих мест на нашем Севере много.

Это я замечаю вслух. И мой попутчик от Заполярного, где расположилась дирекция сверхглубокой, до самой буровой, ее бессменный начальник Давид Миронович Губерман не без усердия записывает что-то на листе бумаги и протягивает мне. Затем с улыбкой поясняет, что из этих двадцати трех букв состоит название озера, на берегу которого пятнадцать лет назад было окончательно выбрано место для скважины.

— Это я к тому,— добавляет Давид Миронович,— что, по сути, вы правы. Озера эти все близнецы. Букву изменил, а новое такое же. Но геологически выбор места для сверхглубокой вообще и, в частности, для нашей именно здесь, в Печенгском районе Мурманской области, очень важен.
— Об этом стоит сказать подробнее!
— Что ж, историю выбора, пожалуй, можно сравнить с искусно проведенной шахматной партией. Победили не просто знания и расчет. И интуиция, и оправданный риск в принятии решения. Доводы тех, кто стеной стоял за Кольскую, ныне подтвердились по всем статьям.

Научная цель проектов сверхглубоких — как можно ближе подойти к границе раздела гранитного и базальтового слоев в земной коре. Из этой зоны в верхнюю кору поступает рудное вещество. В ней сокрыты ключи к познанию механизма и закономерностей вулканизма и землетрясений.

Гранитный слой отделен от базальтового резкой сейсмической границей — здесь скачкообразно изменяются свойства среды (возрастают скорости сейсмических волн, плотность вещества и т. д.). Эта граница раздела называется границей Конрада, а удалена она от поверхности неравномерно. Под океанами, с учетом толщи воды, подходит к поверхности дна, а на континентах располагается значительно глубже. Наша земная кора большей частью покрыта еще слоем так называемых осадочных пород, геологически самых молодых образований. Но на планете имеются места, лишенные этого покрова. Они наиболее удобны для достижения базальтовых глубин. Таков наш Кольский, точнее, некоторые его районы, где на поверхность выходит древняя кристаллическая кора, под которой, как предполагали ученые, на глубине 1—1,5 километра можно «вскрыть» базальтовый слой. Породы здесь древнейшие, докембрийские, и камешки возрастом в полтора миллиарда лет то и дело попадают под ноги.

Так Кольский щит оказался главным претендентом для будущей отечественной сверхглубокой. Спорным оказался вопрос, где именно на Кольском ставить направленный к центру Земли исследовательский «меч»?

Кола — одно из богатейших мест в мире по запасам минерального сырья. В россыпи его минералов отразилась всеми гранями фантазия природы. В громадной и такой геологически разной нашей стране за годы Советской власти найдено 150 новых видов минералов, и почти половина приходится на Кольский Север. А сколько еще таят Кольские недра! Здесь ценна любая разведочная скважина. Почему бы в таком случае не совместить интересы большой науки с интересами практической геологии? Скажем, выбрать для сверхглубокой район пересечения выхода самых древних архейских пород со знаменитым цветным поясом Ферсмана, в котором обнаружены медно-никелевые руды. А если ошибка и граница с базальтами расположена на недоступной глубине? Потратишь время, силы, но не достигнешь ее — задача-то ведь не поисковая, а фундаментальная!

Непросто было принять окончательное решение. Согласились в конце концов со сторонниками первого предложения — назову лишь две фамилии: академика Владимира Ивановича Смирнова и члена-корреспондента АН СССР Григория Ивановича Горбунова,— и не ошиблись. Поэтому, прежде чем рассказать о чисто научных результатах, упомяну и о другом — о народнохозяйственном аспекте бурения: одной-единственной скважиной на глубине около 1,7 километра удалось «подсечь» значительные месторождения сульфидных медно-никелевых руд.

— Событие это, прямо скажем, редкое,— говорит кандидат геолого-минералогических наук Ю. П. Яковлев.— Именно в нем и проявились точный прогноз и интуиция при выборе места бурения.

Для специалистов главная неожиданность не в этом. А в том, что даже на больших глубинах образование руд, по-видимому, происходит так же, как и в приповерхностных слоях. Такие же процессы наблюдались учеными до глубины семи километров.

С сотрудником Геологического института Кольского филиала АН СССР Ю. Н. Яковлевым я беседовал уже в Апатитах, столице Кольской науки. Местные представители академической школы — одни из активных участников эксперимента на сверхглубокой. Кроме геологов, минералогов, получаемые результаты анализируют и практики-горняки из Кольского филиала АН СССР.
— Истощение месторождений, расположенных практически на всей земной поверхности,— рассказывает кандидат технических наук, сотрудник Горного института Кольского филиала АН СССР Ф. Ф. Горбацевич,— вызывает общую тенденцию понижения разрабатываемого горизонта горных пород. И в этом смысле невозможно переоценить данные, получаемые с нашей сверхглубокой. Сегодня предельные глубины, на которых ведет работы человек, уже перешагнули три с половиной километра. Пока эти работы, опасные и тяжелые (с глубиной растут горное давление, температура, возможны выбросы газов), ведутся на золотодобывающих рудниках Индии и ЮАР, но завтра и другим странам придется идти на эти горизонты. И создать безопасные условия добычи полезных ископаемых на подобных глубинах позволят данные, получаемые на сверхглубокой.

Беседы с местными учеными были позднее, после встреч на буровой. Это уже в Апатитах я почувствовал, сколь практична работа по своим результатам на самой сверхглубокой. А тогда, в первые дни знакомства с нею, жил я в непередаваемом ощущении нереальности виденного. И когда хаживал вдоль длиннющего склада со штабелями бурильных труб. И когда осматривал и поглаживал бесчисленные керны, поднятые с разных глубин. И все силился представить себе, что же там, в глубине?

Вспомнилось, как нас, журналистов, пригласили в Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР на осмотр только что вскрытого керна с лунным грунтом, доставленного очередной нашей «Луной». Он лежал на лотке под колпаком в нейтральной атмосфере. Колдовали над ним прямо-таки не геохимики, а «хирурги». Все стерильно, не дай бог, молекула кислорода попадет! Да и к самому защитному колпаку, помнится, подошел, затаив дыхание. А здесь на любой вкус — и по цвету, по рисунку — тысячи кернов с глубин не менее тяжелых. Клад!

Я все это говорю не к тому, что важнее. Разумеется, и то и то. Но еще раз хочется сказать: «Впервые в истории! 9584 метра. Затем 10 тысяч. Сейчас 11 тысяч!» Пожалуй, этот научный подвит не менее значителен, чем подвиг космический.

Бесспорно, сродни камню лунному керны с Кольской сверхглубокой. Особо рады им сами бурильщики. А ученые гордятся надежностью бурильной установки, созданной машиностроителями «Уралмаша». Постепенно начинаешь понимать, почему эти невзрачные на вид, диаметром чуть больше металлического рубля каменные диски, поднятые с недоступных ранее глубин, дороже самого дорогого минерала, пусть и редкого, но сформированного вблизи земной поверхности. В этом одна из принципиальных сложностей для коллектива «измеренцев» — специалистов, обеспечивающих точными измерениями ход эксперимента. Ученым важно знать истинные условия в земных глубинах, и в первую очередь величины давлений, температур, концентрацию газовых фракций, наконец, саму структуру пород в естественном залегании. На поверхности же керн, подобно глубоководной рыбе, безнадежно деформируется внутренним гигантским давлением. И одной из принципиальных удач отечественной измерительной техники можно считать решение этой проблемы.

Измерения непосредственно в ходе бурения обеспечиваются 26 геофизическими и 6 геохимическими методами. У геофизиков измерение непосредственно в условиях естественного залегания обозначается латинским in situ (Изнутри, в естественном состоянии). С просьбой подробно рассказать об этом я обратился к руководителю измерительной программы на Кольской сверхглубокой, генеральному директору объединения Нефтегеофизика Министерства геологии СССР, доктору физико-математических наук Е. В. Карусу.

— Более всего меня поражает тот факт, что с глубиной устойчиво наблюдается... разуплотнение пород. На глубине 4,5 километра приборы зафиксировали скачкообразное уменьшение плотности, скоростей упругих волн в породе, и при этом увеличилась их пористость, проницаемость, неоднородность. Подобная картина отмечена и на границе с древнейшим архейским слоем — 6800 метров. Причем ожидалось, что ниже границы резкого изменения скоростей распространения сейсмических волн, под так называемой поверхностью Конрада, базальт сменит гранит. Ничего подобного. Пока конца гранитному слою не видно.

С глубиной, естественно, растут давление и температура. Изменения последней детально прослежены вплоть до отметки 10,6 километра. Приборы засекли существенно больший, чем ожидалось, градиент (изменение) температуры с глубиной. До трех километров согласно прогнозу она росла на один градус на каждые 100 метров. Глубже — в 2,5 раза интенсивнее. И на глубине 10 километров вместо ожидавшихся 100 градусов датчики зафиксировали 180. Такого рода аномалия для древних кристаллических щитов обнаруживается впервые.

Такая она ныне, земная кора, лишь на глубине первого десятка километров. Температура под 200 градусов и давление в 300 атмосфер! Немудрено, что она считалась до недавнего времени мертвой. Или почти мертвой. При ее возрасте в 2,8 миллиарда лет (такова датировка пород на глубине в 10781 метр) в ней оказалось много окаменевших остатков живых организмов прошлых эпох...

Уже с первых шагов бурения стало ясно, что возраст совсем не помеха для геохимической жизни земного вещества. Скопления различных газов и потоки вод, циркулирующих по мощным разломам, встречаются почти на каждом пройденном горизонте. Причем эти, так сказать, трещинные воды высокоминерализованы солями брома, йода, тяжелых металлов. А на глубине шесть километров бур буквально «плюхнулся» в родник рассола. В воду, последний раз «видевшую» солнце два миллиарда лет назад! Не та ли это «правода», породившая жизнь? Ответить однозначно пока трудно. Но вот другой, не менее поразительный факт. Известно, что древнюю землю Колы сложили извержения мощного и длительного по действию вулкана. Так вот, оказалось, что сами эти наслоения не только вулканической, но и... морской природы. В них обнаружены микроорганизмы, существовавшие в эпоху протерозоя! Десятки видов, древнейший из которых специалисты датируют возрастом свыше двух миллиардов лет. А ведь до сих пор господствовало мнение, что жизнь на Земле зародилась не ранее 1,5 миллиарда лет назад...

— К нам в руки попал бесценный материал, во многом проясняющий таинственный процесс эволюции живой материи на планете,— комментирует это открытие доктор геолого-минералогических наук Б. В. Тимофеев из Института геологии и геохронологии докембрия АН СССР.— Исследовались керны, поднятые с различных глубин, вплоть до семи километров. Возраст их старше двух миллиардов лет, в них встречаются остатки простейших микроорганизмов — микрофоссилий. Они лишь оболочки, «шкурки» из углерода и азота, известного науке и ныне здравствующего фитопланктона. Но сами оболочки этих первых «жителей» планеты обладают удивительным свойством не подвергаться минерализации, не изменять своей первичной структуры под действием времени, чудовищных давлений, высоких температур. Найдены сотни форм микрофоссилий 24 видов, 12 родов. Естественно, чем глубже древнее заложение, тем проще, беднее сама организация живых существ. Добытые результаты вместе с другими данными последнего времени позволяют уверенно опустить границу начала жизни на Земле «глубже» двух миллиардов лет.

Представим себе... Покрытая вулканическими «порами» планета то в одном, то в другом месте успокаивается от своего огненного безумства, покрывается водной гладью первого «праморя», и тут же в нем зарождается «пражизнь». Оно не успевает набрать силу, как вновь оживают вулканы и хоронят ее. И так раз за разом идет борьба огня и жизни, и ныне эта картина наконец открывается нам.

Прошел по плесу от морей Археозоя.
Постиг вулканов рев и магмы лавопад,
Нашел комки белковых тел в воде Протерозоя,
Отверг ненайденный таинственный Конрад.

Вдохновенно, со знанием дела написана старшим геологом Кольской геологоразведочной экспедиции, кандидатом геолого-минералогических наук Юрием Смирновым эта маленькая ода. И посвящена она первому свидетелю глубокоземных таинств — турбобуру, участнику грандиозной эстафеты в глубь Земли.

Он неповторим, наш турбобур, и по замыслу, и по исполнению. Вращается при бурении не вся громадина из бурильных труб с долотом на конце, а лишь несколько метров самого бурильного механизма. А как трудно даются крошечные, 5—6-метровые «этапы», видно по стесанным до основания шарошкам каждого отработавшего долота. Будто это не сверхкрепкие сплавы, а легкий и податливый алюминий. Впрочем, велика доля в общем успехе и специального алюминиевого сплава, из которого изготавливаются сами бурильные трубы.

Так случилось, что последним моим гидом на сверхглубокой оказался ее главный геолог В. С. Ланев. Со своим по-настоящему бесценным хозяйством — образцами кернов с разных глубин — он знакомил, как показалось, более сдержанно, чем с техническими особенностями самой установки.

— Прекрасная техника, не правда ли? А какие мастера работают на ней! — Я еле успевал за ним по цехам и переходам этого бурильного завода.— Уверен, с таким коллективом мы непременно одолеем проектные пятнадцать километров. Что потом? Так вы посмотрите, какие дела развертываются в стране по сверхглубоким...

Действительно, Кольская лишь первенец серии отечественных сверхглубоких, активная работа над которыми ведется под руководством специального Межведомственного научного совета ГКНТ, возглавляемого министром геологии СССР, профессором Е. А. Козловским.

Уже пошла наверх научная «продукция» Саатлинской сверхглубокой (Азербайджанская ССР). Готовится техника для скважин в Западной Сибири и на Урале. На очереди Украина, Тянь-Шань и другие районы страны. Усилия, разумеется, нужны немалые, но ведь и дело, еще по убеждению Михаила Васильевича Ломоносова, «велико есть... во глубину земную разумом»!

Немалая пища для разума уже добыта, а сколько еще ждет неведомого и парадоксального, подтверждающего идеи ученых и опровергающего их, там, на новых глубинах! Что же они таят, эти новые горизонты?

Александр Малинов

п-ов Кольский — Мурманск

Просмотров: 6337