中國大陸科學鑽探工程

06-01

中國大陸科學鑽探工程
——深入地下5000米的「望遠鏡」

工程總投資：1.76億元

工程期限：2001年——2007年

超深鑽井的工人

　　上天、入地、下海是人類向自然界挑戰的三大壯舉。被稱為伸入地球內部「望遠鏡」的大陸科學鑽探是帶動21世紀地球科學和相關工程技術發展的大科學工程,同時也是解決人類社會所面臨的資源、災害和環境等問題的重要基礎研究課題之一,具有劃時代的意義。

人類在賴以生存的地球上已經歷了無數個春秋。長期以來，人們就試圖通過各種方法對地球進行探測，但是，由於堅硬地殼岩石的阻隔，迄今為止，人類對地球內部仍然所知甚少。隨著航天技術的發展，人類開闢了通往宇宙星際的大門，一個與之相呼應的「入地」計劃應運而生，這就是直接觀測地球陸殼的「大陸科學鑽探」。作為「深入地球內部的望遠鏡」，大陸科學深鑽是當代地球科學具有劃時代意義的大型科學工程，也是解決當前人類面臨的資源、災害、環境三大問題的重要途徑之一。

亞洲第一井——CCSD－１號科鑽工程井架主體。

中國大陸科學鑽探工程

　　1997年6月,經國家科技領導小組批准,中國大陸科學鑽探工程被列為「九五」國家重大科學工程項目。1999年9月27日,國家計委批准了「中國大陸科學鑽探工程」項目建議書。項目由國土資源部負責組織,具體實施任務由中國地質調查局所屬中國大陸科學鑽探工程中心承擔。項目總投資1.76億元,其中國家安排投資1.3億元。項目選址江蘇省東海縣。2007年12月17日通過國家發展改革委員會和國土資源部組織的國家驗收。

中國大陸科學鑽探工程CCSD—l井通過衛星確定井口坐標後，於2001年4月18日在江蘇省東海縣安峰鎮毛北村北側破土動工。該井是目前世界第三、亞洲第一深井，井深達到5158米，孔徑256毫米，投資額1.5億元，鑽探工程將歷時5年。

入地難於上天

在人類的衛星已經飛出太陽系的時候，人類的鑽頭卻只能鑽到地球12公里的深處。這便是「上天有路，入地無門」的現實。為了揭開地球內部的奧秘，科學家們要給地球深深地鑽上幾個窟窿。

連雲港市東海縣位於江蘇省東北部，明、清時期稱為海州，1912年撤州設縣時，因其東臨黃海，改稱為東海縣。東海縣以盛產水晶聞名，是聞名中外的「水晶之都」。在東海有三樣東西婦孺皆知：齊天大聖孫悟空佔山為王的花果山水簾洞；用東海的水晶為毛主席造的水晶棺；再就是這個被當地老百姓稱為「中國地眼」的中國大陸科學鑽探工程CCSD－１號井。

在距離東海縣城20多公里的安峰鎮毛北村北側的「中國地眼」，遠遠望去，被推土機平整過的田野中，矗立著一大一小兩座鑽井架。小井架是專門用來試驗科學家們根據地層情況研製加工出來的井下工具的。由於地學鑽探在國內是一個全新的項目，其所依賴的科學鑽探工具沒有任何定式，只有由科學家們在現場根據鑽探實際現場研究現場製作。

開鑽現場

工程難度

該鑽探工程主要有三大難度：一是井難打，由於要鑽入溫度達到100攝氏度以上、含有侵蝕性強的特殊流體的地下空間中，必須運用許多高新技術；二是難鑽，鑽探要將長5000米的岩心，按85％的比例取出，全孔取心在世界上是首次，目前取心率達89%,最長岩心達4.25米。；三是不能打歪，從地表打至5000米深處，傾斜度不能超過18度。目前中國「地眼」的傾斜度為9.7度。

地質鑽探有三個難點：井斜、井壁坍塌、岩石堅硬形成的下鑽困難。無法有效地探知井斜的發生，這仍然是制約大陸科學鑽探的世界級難題。德國KTB鑽探項目，在3400多米處井斜超過標準，同時因遭遇地下斷層，使井底坍塌形成一個極大的地下空洞。科學家們在沒有其他任何補救辦法的情況下，只有將坍塌的空洞處填死，之後設法繞開這個障礙，將斜眼歸位0度後重新繼續下鑽。這是一個十分複雜的過程，德國ＫＴＢ的科學家和施工人員經歷了三次繞障、兩次側鑽後才終於定出新的井眼位置，使下部鑽探得以繼續。

正是由於很難控制的井斜問題以及對地下情況的不了解和不可預測性，國際上在鑽探地學探井過程中往往都要進行兩手準備，既先打一口較淺的井即先導孔，在順利完成上部地層岩石取心任務後，再轉移到正孔。因正孔上部不再取心，大大減少了鑽井的難度與風險，直接利用傳統的破碎地層鑽井方式鑽到先導孔所鑽的深度後，再重新進行取心作業。這樣做的最直接的目的就是以上部井段的直來保證下部井斜不超過標準，使地學鑽探達到預期的井深。德國ＫＴＢ鑽探項目先導孔的設計井深為4000米，這個項目也是首先完成了先導孔的取心任務後，又轉移到正孔打了9000多米。CCSD—１井也設計了兩孔施工方案。先導孔設計井深2000米，2001年8月4日開鑽。

在CCSD—１井工作場，一大堆被磨掉了大半個身子的各種金鋼石鑽頭，靜靜地立在那兒，向人們展示著地下岩石的堅不可破。這些鑽頭都是科學家們前期進行試驗淘汰下來的。ＣＣＳＤ—１井要在典型的超高壓變質岩中取心鑽進，這裡的地層由石英岩、片麻岩、硫灰岩等硬岩組成，地下岩石硬度最高達到了９級（１２級為頂級）。其岩石硬度就如一個沙輪，光靠某種單純的工具是無法將它穿透的。「螺桿馬達＋液動錘＋金剛石取心鑽井」工藝方法則很好地解決了地層堅硬下鑽困難的問題。

與石油鑽井另外一個最大的不同，是這口井5000米全井取心，而取一次心就要起一次鑽。起鑽在整個鑽井施工環節中最累人，鑽井隊的職工計算了一下，這一口井一年的起鑽次數相當於石油鑽井１０年的工作量。

驚人發現

生命的極限是什麼?中國大陸科學鑽探工程的發現,令科學界大吃一驚。科研人員在地下3910米的極端條件下發現了大量微生物,這裡高溫、高壓、缺氧、貧營養,早已超越了人們常識中的生存極限。科研人員在65攝氏度、壓氧的人工環境中,將來自地下深處的微生物活體成功培養為一株兼性厭氧菌,從而發現了新的細菌家庭DNA基因。

工程科學價值

除了查明大陸地質的一些關鍵問題之外，中國第一口科學深鑽對我國21世紀的社會發展也具有重要意義。如過去人們一直認為，金剛石生長在金伯利岩中，找金剛石要先找到金伯利岩。但是江蘇地礦廳在東海縣發現了兩顆鑽石，是生長在含柯石英榴輝岩原岩之中。由於沒有發現金伯利岩，東海縣發現金剛石的消息不敢公布，直到最近，科學家才認識到板塊邊緣的超高壓變質帶也是21世紀找金剛石礦產的新方向。除鑽石外，東海縣的水晶和金紅石產量都居全國之首，在這裡進行科學深鑽可為搞清有關礦床的成因機制提供更多依據。

中國最大的一次地震發生於清朝康熙七年(1668年7月25日)，震中在山東莒縣、郯城一帶，震級為8.5級。震區延伸方向與郯廬斷裂方向一致，幾千里之外的九江地震烈度還達到6級。21世紀中國的可持續發展，不能不防患沿郯廬斷裂帶可能發生的地震。陸內地震的可怕在於其震源很淺，深度多在8—12公里左右，從而破壞性較大。如果能鑽到震源附近進行長期監測，必將提高地震預測的準確率。東海縣位於郯廬斷裂東面30公里。科學深鑽完成之後，可以將探頭放入地下5公里深處，觀測地下的應力和熱流，在中國東部以後的抗震減災中發揮特有的作用。

　　中國大陸科學鑽探工程是繼前蘇聯和德國之後第三個超過5000米的科學深鑽,也是全世界穿過造山帶最深部位的科學深鑽,該工程建成了亞洲第一個深部地質作用長期觀測實驗基地,也是亞洲第一個大陸科學鑽探和地球物理遙測數據信息庫,亞洲第一個研究地幔物質的標本岩心館和配套實驗室,使我國超高壓變質帶和地幔物質研究達到國際領先水平。

蘇聯科拉超深鑽井(Kola Superdeep Borehole)是大規模超深洞鑽探項目領域的「一個尤物」

世界上最深的探洞

大陸科學鑽探在世界上已實施30年，已有l3個國家打了近100口深淺不一的科學鑽孔，其中4000米以上的深孔有20口。

根據鑽孔的深度，大陸科學鑽探可以分為淺鑽(深度小於2000米)，中深鑽(深度2000—5000米)，深鑽 (深度5000—8000米)和超深鑽(深度大於8000米)四級。大陸科學深鑽和超深鑽是一項投資巨大的科學工程，體現了一個國家的實力與地學水平。

最早進行大陸科學鑽探的國家是前蘇聯，最深的鑽孔也是前蘇聯。其中 SG-3 鑽孔的鑽探時間最長，進尺12262米(1970年一1989年)。在二十世紀六十年代冷戰期間，隨著美蘇太空競賽的逐步升溫，另一場競賽也在悄然展開：那就是向地心進軍。他們的目標是鑽入地殼與地幔之間的界面，即莫霍洛維奇不連續面，這個界面是理論上的但相當有爭議的分界線，它介于堅固的地殼和充滿岩漿的地幔之間。自美國人發起莫霍面鑽探計劃之後，俄國人也加入了這場鑽入世界上最深洞的競賽。1960-1962年太空競賽期間，前蘇聯科學家們在經濟利益和民族自豪感的激勵下制定了一個『俄羅斯莫霍鑽探』計劃，其目標是搶在美國鑽探計劃前到達莫霍面。最初的目標很快就包括了一個了解貴重礦石是如何形成的願望，所以俄羅斯人把自己努力的希望放在了不毛之地Pachenga。在那裡前蘇聯人鑽到了有史以來世界上最深的地洞，俄羅斯人鑽探了15年多，達到地殼40,226英尺的深度，這個記錄至今無人打破。但無論多麼成功，這項任務就是一次探險，我們仍然不清楚在這個地點從前蘇聯生了銹的科學機器中鑽探出來的地質發現物是什麼。加州斯坦福大學的地質學家、鑽探專家馬克-佐白科認為，科拉超深鑽是「非常規的」，甚至在相當少見的超深鑽工程中也是反常的。

鑽這個超深洞的過程非常簡單。要在地面上鑽出洞來，只要將一套鑽探工具安裝在一鑽桿底部就可以了。當它下到洞底，威力強大的發動機會將洞底敲死，這樣洞就會不斷加深。液體不斷從洞里流進和流出，以冷卻鑽頭，並維持鑿洞的穩定。鑽頭磨壞後，工人就會另換一個。雖然鑽洞的基本原理眾所周知，但是鑽一個超深洞是一項非常困難的工作。前蘇聯在鑽到地表如此深的地方的過程中，遇到了一系列技術問題。其中最重要的問題是地殼深處的高溫。負責科拉超深鑽的工程師根據有限的資源總結出製冷方法，制出很多能在超過600華氏度的高溫下繼續工作的鑽頭。

前蘇聯的這項鑽探工程從60年代初開始，直到蘇聯解體才宣告結束。當時的地緣政治環境在很大程度上給這項工作蒙上了一層神秘面紗。儘管前蘇聯地質部部長艾弗傑尼·柯茲洛夫斯基編寫了現在已經絕版並很難找到的書《科拉超深鑽井》，但是有關這個項目的數據從沒傳出國外。儘管想往更深里鑽已經不可能了，但是科拉井直到現在也沒有被封死，結構依舊保存完好。從這個洞中采出的岩石，即已知的岩芯，甚至仍保存在科拉學院中。用於鑽探該井的設備仍在用來探測地震，並用於其他測量工作。

然而儘管該項目付出了巨大努力，並用了多年時間進行鑽探，但當代美國和歐洲地質學家並不經常參考或利用科拉數據，他們更喜歡利用德國KTB深層岩芯項目產生的數據，認為這些數據更加規範。這種情況引出一個問題：為什麼前蘇聯付出的所有努力最終對地球學沒有產生太大的價值？斯坦福大學的地質學家佐白科表示，科拉的目標沒有其他項目那麼明確，導致這一結果的原因可能是該項目只是為了獲得勝利，只想比其他國家鑽得更深，並不是出於一個特殊科學目的。

德國於1987年至1994年間，在德國中部的 Windsctlesehenbach 鎮進行了科學鑽探，即舉世聞名的KTB鑽探項目，原設計孔深14000米，實際主孔的終孔孔深9101米，ICDP 計劃即是在KTB鑽探項目結束後由德國、美國和中國等國家發起成立的。

美國科學鑽探是國家長期的研究項目。1960～1970年,美國實施了國際地幔計劃(IUMP),47個國家參加,歷時10年。1961年,美國開始實施莫霍計劃(Mohole Project),在加利福尼亞灣外、墨西哥西海岸外施工,1966年因經費等原因而終止。1965年,美國4所大學組建了「地球深部取樣海洋研究機構(JOIDES)」,由前蘇聯、英國、日本、聯邦德國等參加,商定進行「深海鑽探計劃(DSDP)」,於1968～1983年實施,採用「格洛瑪·挑戰者」號鑽探船航遍各大洋,完成了1112個鑽孔,鑽取了97萬米洋底岩心,為古海洋學的研究作出了重大貢獻。

前蘇聯科拉半島超深鑽井鑽至9000米附近發現了富含金的岩石;德國KTB井中發現8000米以下存在大量的含礦熱滷水,存在著很強的現代地質作用;格陵蘭冰心鑽探取樣竟意外發現了20萬~25萬年以前氣候變化的信息,包括公元79年義大利火山爆發造成的酸雨痕迹,1815年印度尼西亞坦博拉火山爆發的火山灰,1952年美國第一次氫彈爆炸試驗遺留下來的放射性離子塵,1986年前蘇聯切爾諾貝利核電站泄漏事故飄散的放射性離子塵。烏克蘭大陸科學鑽探在前寒武紀結晶岩中意外地發現了5個大型儲油層。近年超深鑽對於揭示古老地殼深部岩石變形機制提供了條件。

鑽超深洞的鑽頭

綜合性科學工程

科學鑽探工程不僅僅是打一口鑽井。由於在堅硬的結晶岩中鑽進的成本昂貴和深度有限，要了解地球的內部狀態還必須配合以地球物理遙測系統。因此，深部鑽探同地球物理遙測結合起來的柑互反饋系統，便構成了伸入地球內部的大科學設施與望遠鏡，這便是大陸科學鑽探的全面含義。這裡指的深部地球物理遙測，主要是指三維深反射地震。由於可以補充取心鑽探的技術缺陷，地球物理測井也是大陸科學鑽探不可缺少的組成部分。

　　為了有效地利用從深鑽中獲取的岩心數據、測井和地球物理成像數據，必須建立聯合資料庫系統，通過網際網路與全世界的科學家共享。因此，大陸科學鑽探的反饋系統必須包括鑽探、測井、現場實驗室、地球物理遙測與數據管理網路五個部分。

科拉鑽井

與人類社會生存發展休戚相關

大陸科學鑽探首先要研究的是人類社會生存與發展共同關心的問題。如在特大型隕石衝擊坑底部打鑽取心，了解大隕石撞擊與地表環境變化和生物種屬滅絕的關係；在全球較深的湖泊中連續鑽取沉積物，以便了解1億年以來全球氣候的變化；在碰撞造山帶的核心部位鑽取來自地幔深處的岩石，了解地幔的組成、結構以及碰撞造山的動力學過程；在地震和火山的源區鑽探取樣，了解地震發生的機制與火山系統的熱結構，以逐步減輕地震與火山爆發給人類造成的損失等。

　　凡是只有通過鑽探才能解決上述科學目標的最有利地點，被稱為世界級科學鑽探場地。如墨西哥世界上最大的隕石坑，以及世界上規模最大的超高壓變質帶(中國大別山—蘇魯地區)，都是世界級大陸科學鑽探場地。

自1970年代蘇聯開展大陸科學鑽探以來，已有16個國家開展了這項科學工程，取得的成果超出了地球科學家的預想。1960年代，當時科學界猜測地殼分為兩層，上層地殼較輕，含硅和鋁比較多，稱為硅鋁層；下層地殼較重，含鎂多，稱為硅鎂層；中間有一個化學界面隔開上下地殼，稱為康拉德界面。但是在進行科拉超深鑽以後，發現在科拉半島的康拉德界面根本不存在，所以上述兩層地殼的模型最多只能用於局部地區，而不是全球普遍適用的，這就將人類對地殼組成和結構的認識大大推進了一步。

另外，大多數的石油地質學家都認為，石油與天然氣是由於沉積岩層中生物有機質積累生成的。但是，1980年代在烏克蘭第聶伯爾一頓涅茨盆地進行科學鑽探時，在3100—4000米之間的結晶岩中發現了5套生油岩和儲油層，所處地層為前寒武紀的花崗質岩石及角閃岩、片岩。在發現的油層中含有大量熔融分離的微量金屬及大量的He，Ni／V(單位體積中鎳的含量)比值高，說明油層來自深源，而不是湖海相有機沉積的產物。烏克蘭科學深鑽的這一發現使石油地質學家們耳目一新，既然在地幔中能含有大量的烴類和流體，便能對石油天然氣的生成和聚集起到重要的作用，有可能成為21世紀人類社會能源需求的重要來源之一。

地球表面堅硬的結晶岩石阻隔了人類的視線，又有誰能想像到幾千米的地下岩石中還存在大量的流體與生物呢?大陸科學鑽探打開了人類的視野，使人們確信水和生物在地球內部的存在。在科拉超深鑽中，富含鎳鋅和金銀的礦液從4500米深處向下流動，在10000米深處富集成為礦層。許多岩心展示出結晶岩石在10000米深處高溫高壓下出現大量的裂隙並富含流體。此外，許多科學深鑽都發現地下深處存在大量耐溫厭氧的細菌。從地表向下溫度越來越高，過去人們通常認為當地溫升高到100℃，此地下深處便不可能有生命的存在。但是在瑞典進行的科學鑽探發現，生物圈的深度能達到地下4200米深，而溫度約為11O℃。這些耐高溫和厭氧的生命有可能起源於行星形成的初期，即大氣圈與水圈尚未發育完全之時。

從以上幾個例子可以看到大陸科學鑽探在拓寬人類的眼界與思維方面具有的魅力，這種魅力體現在打開了一扇從來未被觸及的大門，改變了人類對地球內部組成和結構的認識。因此，大陸科學深鑽與超深鑽一直牽動著全世界地球科學家的神經，成為他們共同關注的焦點，因為大陸科學鑽探的每一次重大發現都是向傳統地學理論的挑戰，也是對新地球學說的召喚。

工程大事記

1988年，我國科學家就開始建議制定中國大陸科學鑽探計劃。

1991年，原地礦部開始組織進行「中國大陸科學鑽探先行研究和選址研究」。

1992年，地質科學鑽井工程列入「國家中長期科學技術發展綱要」。

1994年2月，中國科學院地學部組織專家開展地球科學「入地」發展戰略研究。

1995年11月，國務院領導批准中國加入「國際大陸科學鑽探計劃（ICDP）」。

1996年2月中國正式成為ICDP三個發起國之一，另外兩個發起國分別為德國和美國。

1996年7月，ICDP科學顧問委員會審議了「大別－蘇魯超高壓變質帶開展大陸科學深鑽初步建議書」，並給予高度評價。

1997年5月國家計委組織兩院院士審議通過了原地礦部提交的「中國大陸科學深鑽工程立項報告」。

1997年6月，國家科技領導小組批准「中國大陸科學鑽探工程」列入「九五」國家重大科學工程項目。

1997年11月，中國大陸科學鑽探工程第一口預先導孔（CCSD－PP1，430m）鑽探完成。1998年4月，國際大陸鑽探計劃組織（ICDP）審議通過了「中國大別－蘇魯超高壓變質帶大陸科學鑽探」項目正式建議書，並予以150萬美元經濟資助。

1998年12月，中國大陸科學鑽探工程第二口預先導孔（CCSD－PP2，1000m）開始鑽探。

1999年9月底, 經歷近十年的努力，在建國五十周年大慶前夕國家計委正式批准了中國大陸科學鑽探工程項目立項建議書，這標誌著該工程項目正式開始實施。

2001年6月25日，中國大陸科學鑽探工程先導孔開始試鑽，現場儀器設備以及其它生產、生活設施基本到位。6月底至7月初，ICDP組織專家到東海現場進行培訓。7月初，用於掃描錄入岩心的DIS軟體調試成功，用於岩石物性、流體化學測試的各種設備安裝運行順利，試鑽一切正常，正式開工儀式前的準備工作就序。

2005年3月鑽探工程結束，科學家在江蘇東海成功完成深入地下5158米的「科鑽一井」。

實際上，在人類文明剛出現的時候，人們就開始開採石油衍生物，特別是在美索不達米亞和中東的其他一些地區，在那裡，原始的石油工業就已經很重要，不僅能提供修路用的瀝青，用於輪船、建築和水利技術方面防水用的膠合劑，還能提供很多醫藥治療中所必不可少的某些成分。瀝青被用於戰爭及其他很多領域。但是，有意思的是，儘管石油在遠古就得到了廣泛的運用，但是在漫長的歲月中，它一直都被大材小用，而且這種應用還主要局限在那些人們容易獲取從地表滲出的石油的地區。

　在被人們忽視了很長一段時間之後，石油在19世紀50年代中期又半遮半掩地進入人們的視野，那時，美國和歐洲很多業餘的和專業的化學家都在進行從石油中提煉照明燃油的試驗。很多人都聲稱自己是現代石油蒸餾工藝的發明人，在這些人中，有位叫亞伯拉罕·蓋斯勒（Abraham Gesner）的科學家應該得到特別表揚，是他於1854年把煤油這個可以用於「照明或其他用途」的新產品在美國申請了專利。由於它比當時的任何照明材料都便宜、安全並且更好用，所以在賓夕法尼亞西部（Western Pennsy1vania）和紐約市得到了推廣，當然當時有利的大環境對煤油的推廣也功不可沒。由於大西洋捕鯨活動過於頻繁，當時有錢人（只有他們能用得起）照明所偏愛的鯨油的供應已經瀕臨枯竭。要增加供應就得航行到南非那麼遠的海域，這就使得產品的價格暴漲。但是石油搶佔市場的最大障礙是產量不夠。所有的提取技術都還停留在遠古的水平，人們仍在用原始的工具和外行人使用的設備收集滲出地表的石油；大多數都還是手工收集。

當時世界上也散布著一些在地表下鑽井的例子，如法國、日本，和其他一些亞洲國家特別是亞塞拜然（Azerbaijan），但是這些活動都沒有在全世界得到推廣。在1859年，賓夕法尼亞州出現一場大革命，當時埃德溫·德雷克（Edwin Drake）用鑽井機器從堅如磐石的地下成功鑽出石油。

　德雷克這個沒有絲毫地質和工程學技術的未來「上校」，一生似乎註定了要失敗。他進行過很多次嘗試，夢想著取得英雄般的成就，但是每次都以失敗告終，最後淪落到從事蒸汽船夜間記錄員、農場勞工等很多這樣收入低微的工作。當德雷克因嚴重的關節炎在康涅狄格州的紐黑文（New Haven）度假的時候，他和當地銀行家喬治·畢賽爾（George Bisse11）逐漸熟識起來。這個喬治·畢賽爾與幾個合伙人有一家小公司，他們在賓夕法尼亞州蒂圖斯維爾（Titusvi11e）的一個小村莊附近的土山包上從事商業規模的石油開採。巨大挑戰激起了德雷克那種唐吉訶德式的天性，再加上他的身體也已經接近完全康復，這使其成為畢賽爾心中從事這一冒險事業的最佳人選。德雷克擔任了這一活動的運營領導者。儘管德雷克只穿過列車長的制服，但是為了吸引更多的投資者，畢賽爾及其合伙人將德雷克尊稱為上校。

這次只有失敗沒有成功的德雷克讓世人大跌眼鏡，他在接受畢賽爾建議的基礎上發明了一套新方法，並採用這種方法在1859年8月28日成功地鑽出了石油。他與一小隊當地工人一起建起一座木製塔樓，用以承載一個巨大的蒸汽驅動的輪盤，輪盤上繞著一根纜繩，纜繩的一端連接著一個鐵制鑽頭。輪盤轉動，纜繩及其滑輪裝置上升，之後讓其自由落下地面，如此反覆就可以挖出一個洞。這一用於挖鹽丘的技術在1847年亞塞拜然的石油開採中就已經被使用過，但是德雷克在裡面加了點自己的東西，而這點被加進去的東西被證明是很重要的。他向洞里打入一根管子，再命令手下人在這個管子里挖掘，這樣洞邊的水和散落物就不會阻礙鑽頭的前行。這樣，上校就為現代石油工業奠定了鑽井原型。最後1901年的得克薩斯州採用了旋轉鑽探，對這一技術做了改進。

賓夕法尼亞州42加侖的木桶在偶然間被他用於裝罐和運輸石油，並成為石油世界使用時間最長的重要事物。這種主要用於威士忌交易的木桶將成為石油市場沿用至今的生產和消費基礎度量單位。德雷克這口油井的最初產量是每天35桶，並以每桶40美元的天價出售，這相當於今天的六七百美元。

德雷克上校那具有劃時代意義的試驗被看作是石油工業的起源。那些關於這次試驗成功的報道和傳言編織著這樣一個美夢，即用報紙和歌謠所傳頌的「黑金」代替鯨油，它是社會永盛不衰的仙丹。一時之間，不計其數的沒有經過專門訓練的石油勘探人員湧入賓夕法尼亞西部。他們有個綽號——野貓鑽井者」。隨之而來的是運輸人員、提煉人員、商人、經銷商、銀行家、投機分子，以及經常出沒的騙子。1861年，第一家煉油廠投產，美國出口的第一批石油用木桶裝運經費城（Phi1ade1phia）運往倫敦。1865年，第一根石油管道鋪設成功，它有5英里長，每天能運送800桶石油。這樣，所謂的「黑金熱」開始了。隨著煤油進入美國市場，緊接著闖入歐洲市場，石油生產飛速發展。但是對很多缺乏理性的先驅者來說，不知什麼時候，這個朝陽產業突然成了夢魘。

不僅新油田的發現是難以預料的，而且一旦油田被發現，經驗不足的生產商無法顧及油田的開採特徵，再加上當時的法律賦予了土地所有者擁有其地下資源的所有權力，這都在鼓勵著人們過度開採。結果是，供過於求的局面反覆出現，導致油價不斷下跌。很多為了發財拼上全部家當，甚至舉債投資的人紛紛破產。石油價格的劇烈波動成為交易的一般特徵。1860年，油價狂跌到10美分，然而在1861年油價又彈回到10美元；1862年油價都在每桶10美分到2.25美元之間波動，每桶的平均價格是1.5美元。實際上，每桶原油出井的平均價格在1863年是3.5美元，1864年是8美元，1866年4美元，1867年2.8美元，1869年5.8美元，1871年4.2美元，1873年不到2美元。然而算術平均並不能反映油價在一年之中劇烈的上下波動，正是這些波動使得成型期的石油市場出現了過山車式的曲線。可笑的是，在很長一段時間裡，木桶的價格在2.5美元和3.5美元之間波動，木桶的成本大大超過了桶內物品的價值。

就德雷克上校來說，他既沒能逃離行業早期價格的波動之苦，也沒能擺脫糾纏其一生的屢戰屢敗、受人鄙視的命運。1861年，他鑽探的油井發生了火災，毀掉了他公司所有的機器和設備。德雷克又帶著他的全部家當投身於石油和股票交易，但是等著他的是更多的失敗。德雷克在窮困中死去，只能靠同情他的朋友的救濟和少得可憐的賓夕法尼亞州的退休金才得以擺脫領取救濟金度日的悲慘生活。

正是在這樣的形勢下，約翰·D.洛克菲勒（John D Rockefe11er）以一個最親切而又最殘忍的石油工業之父，甚至是整個現代工業之父的形象出現在人們的面前。

這個受過訓練的簿記員，而後又從事過各種商品貿易的商人，由於一次偶然的機會，於1863年在俄亥俄州（Ohio）進入了石油煉油業。幾年之內，洛克菲勒就意識到，數以萬計的財富追求者不斷出現，如果對他們的盲目行為不聞不問，迅速發展的石油工業必定會永遠處於混亂之中。洛克菲勒早先就對自由市場的優點有所懷疑，尤其懷疑自由市場的自動調整這一神奇力量，愚蠢和盲目競爭帶來的災難性後果強化了他的想法。

他生活的世界和亞當·斯密的不同。在亞當·斯密的世界，每個人都通過從事經濟活動和進行競爭對整個的社會進步貢獻著力量，同時一隻看不見的手抹平所有的不平衡。但是只要洛克菲勒將他的視線從這位英國的現代經濟之父的理論框架中移開，他就會看到這樣的一個世界：貪婪和掠奪激起了殘酷的盲目競爭。在他的頭腦里，根本沒有一隻「看不見的手」在這個世界上發揮作用。就石油來看，非理性的人們在改變著世界，他們不斷建起的堡壘給他們自己以及整個石油行業帶來了災難。要否認這一觀點是很難的。例如，在1869年，煉油能力就是原油生產能力的三倍，而且90％的煉油廠商處於結構性虧損的運營狀況下。就像洛克菲勒曾經說過的那樣：「通常，大多數的競爭不是來自於那些強大、明智、保守的競爭者，而是來自那些鼠目寸光，忽略成本的人，無論如何他們只能艱苦經營或者破產。」根據他的邏輯，開放的競爭決不是解決美國這個新興行業中存在的災難的最好途徑；相反，它是主要禍害。

令人擔憂的已不僅僅是石油行業的局勢，這更加肯定了洛克菲勒的悲觀看法。實際上，整個美國經濟似乎正在惡化，貪然點燃了缺乏理性的投機活動，導致了行業混亂，引發了不道德行為，任何人都找不到安全感。這就是馬克·吐溫所說的「鍍金時代」，一個瘋狂和充滿風險的實驗室，這裡會出現企業家，堅定的先驅，江湖騙子和「流氓貴族」。他們同時存在於這個充滿著腐敗、投機倒把、踐踏市場規則的商海。例如，1869年，一次少見的黃金投機風波導致了證券市場的崩潰——六年中的第二次——弓}發了一連串的連鎖破產反應，為長期的蕭條埋下了伏筆。虔誠的施洗者極其不滿地看著這個世界，並真正把宗教熱情貫徹到他的生意中，抗擊著他那個時代的禍患。

　憑著在數字和速算方面的驚人天賦，對生意場上錯綜複雜情況的敏銳觀察力和將他們納入合理體系所顯現出來的說服能力，洛克菲勒開始構想一個可以運用於石油行業能使其擺脫興衰怪圈及其令人深惡痛絕的後果的偉大而合理的結構。他最後的解決辦法是簡單而宏偉，卻令人感到不安：迫使競爭者團結起來。

洛克菲勒的計劃是接管所有石油市場所謂的下游組織，例如煉油廠、運輸路線、管道、輪船等。他將這些看成生產者和消費者之間的瓶頸。相反地，他總是認為石油生產難以捉摸，因而難以管理，於是他就將這個留給石油行業的投機分子。從不打無準備之仗，也從不願意賭博的他在1870年建立了一個新公司——標準石油，奠定了自己的戰艦基礎。然後他開始實施一個龐大的計劃，拔掉曾經打斷石油行業運轉的塞子。因此，他首先回到標準石油的家鄉，俄亥俄州的克里夫蘭（C1eve1and，Ohio），那時它是美國的主要生產中心之一。在那裡他合併了家鄉整個石油煉油行業。在1872年的2月到3月間，他收購了26家煉油公司里的22家。這就是後人所說的「克里蘭夫大屠殺」。最終，在聲勢不斷壯大的兼并中，他在全國範圍內發起了一場令人印象深刻的兼并運動，幾乎控制美國所有的煉油及其服務公司。

這些公司中，絕大多數公司都是通過勸說兼并的，他幾乎不費什麼勁就能讓他的對手對避免惡性競爭帶來的好處感興趣。那些接受他建議的公司都得到了很大的好處。洛克菲勒讓他們在標準石油擔任股東甚至上層經理，讓他們選擇成為百萬富豪，或者成為洛克菲勒的長期合作夥伴。對於那些想保持獨立經營的公司，只要他們接受最高產量限額，那麼洛克菲勒就和他們簽訂合約，保證他們獲得一定的利潤，同時洛克菲勒可以在供過於求出現時充當「起決定性影響的生產者」，通過縮減產量來維持合理的價格。但是，那些反對他的煉油廠和石油商都被無情地排擠出了市場，眼睜睜地看著他們的希望破滅。

以前從沒有實現過如此完美、如此難以實現的宏偉計劃。發起標準石油這些具有創新意義和富有爭議的運動的總軍師是亨利·弗拉格勒（Henry F1ag1er），洛克菲勒最聰明最大膽的搭檔。

此人晚年開發佛羅里達（F1orida），建立了邁阿密海灘和棕櫚海灘，將那裡變成了「美國的里維埃拉」。與洛克菲勒的寡言且富有耐心不同，弗拉格勒外向、好鬥。他是一個天生的冒險家，他明確地將座右銘寫在桌子上的銘牌上——「先發制人」。標準石油的很多重要交易很可能正是弗拉格勒提議的，最後也由他來敲定的。例如，和美國主要的鐵路公司談妥的秘密協議，即必須要獲得巨額的石油運輸費回扣，才確保提供鐵路公司大量的石油運輸生意。

由於管道運輸還處於初級階段，鐵路在任何產品的運輸中都是很關鍵的——石油也包括在內。這樣標準石油和他們的交易就成了公司快速發展的一個主要因素，但是該事件後來也困擾著洛克菲勒，並最終導致其帝國解體。因為這些交易，與競爭對手的平均運費相比，標準石油可以獲得20％－30％的回扣；更誇張的是，洛克菲勒和他的合伙人甚至還能從鐵路部門為其他公司運輸的每桶石油中收取相關的費用——大概是每1美元收取25美分，這就確保了後者驚人的優勢地位。

為了逃過洛克菲勒所建立的怪物的致命的圍殲，其競爭對手竟不得不大賭一場——建立第一條長距離管道。那時，人們認為這個項目是愚蠢的冒險之舉，因為當時沒有任何技術指導，也不存在能證明石油可以長距離管道運輸的理論。然而洛克菲勒的對手成功地建立了一條從賓夕法尼亞西部油田到賓夕法尼亞瑞丁鐵路，總長為110英里的石油管道。這條叫做潮水管道（Tidewater Pipe1ine）的工程在1879年竣工，同年這項重大技術成就就被投入到石油運輸，它「可以同四年之後的布魯克林大橋相媲美」——丹尼爾·尤金曾說道，然而，標準石油用了幾年的時間就躋身到這個嶄新的技術領域的前沿，並控制了新的長距離運輸管道。

在19世紀80年代早期，洛克菲勒最終實施了他的壟斷計劃，控制了美國90％的煉油廠和石油管道，佔有絕大多數的公路、鐵路運輸的油槽車，並且控制了所有高級鐵路潤滑油的生產，同時還擁有最大的向世界出口石油的油輪船隊；那時美國的石油生產和提煉佔到了世界的85％。而且，在信息實時傳輸之前的年代，標準石油代理這個巨大的網路監控著國家的每一個角落，謹慎地跟蹤所有的零售價格，所有煤油的銷售、地方競爭對手的一舉一動，以及任何可能影響原油價格的石油新發現的跡象。這些信息會很快傳到標準石油的紐約總部和集團執行委員會，那兒會對每個問題制定出決策。例如，如果哪個大膽的競爭者試圖降低煤油的價格，洛克菲勒的人就會命令當地公司把價格降得更低，然而同時在另一個州提高價格以彌補損失。當然，仍有少數標準石油的競爭對手存活了下來，尤其是那些他們的存在不會對標準石油的絕對壟斷產生威脅的公司。

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