「松科二井」，我國地層對比的「金柱子」

在中國的東北部，肥沃的黑土地一望無垠，一片廣袤的平原——松遼盆地靜卧在大小興安嶺和長白山脈的懷抱中，一座鑽塔巍峨矗立，高聳入雲。伴隨著機器的轟鳴聲，這座由亞洲國家組織實施的最深大陸科學鑽井，攻克了長程取心、大口徑取心和超高溫鑽井等重大技術難題，創造了深部鑽探技術的四項世界紀錄並取得兩項重大突破，正一米一米地向地球深部進軍，鑽向地下6400米的白堊紀地層，獲取白堊紀地層岩心，是「松科二井」的使命。

地球是一個極不均勻和複雜的球體，要想在它「身上」鑽眼「挖石探秘」並非易事，對於已經完成鑽井深度達7018米的超深井——「松科二井」來說，既要保證所鑽井眼不能坍塌和崩裂，又要保證取出的深部岩心完好無缺，這是一件難度非常大的事情。面對如此多的工程難點，「松科二井」的超深孔鑽探技術和配套的鑽探機具都面臨著嚴峻的考驗。

獨闢蹊徑，攻克技術難點

作為我國首例超7000米深的科學鑽探工程，「松科二井」面臨的重大挑戰是在大直徑井眼中高效鑽進，如何創新超深井鑽探技術顯得尤為重要。

「松科二井」採用國內首創的大直徑同徑取心鑽探工具，使用鑽探工具直接鑽進一個大井眼，並一次性鑽進至設計井眼直徑，攻克了大直徑取心鑽頭破碎岩石和粗大岩心抓取、攜帶出井等關鍵技術難關。如此一來，既省去了傳統的「小徑取心，大徑擴孔」過程中的諸多工序，避免了「從小井眼到大井眼」鑽進過程中的很多風險，也節約了大量物資，與此同時，獲取的岩心樣品實物量也比設計量多了5倍。

超大直徑岩心

如何在取心技術上創新才能實現事半功倍的效果？科學家們在通過多次試驗和技術攻關後，最終在長鑽程技術上實現了突破，把「松科二井」每次可連續的鑽進深度從10米、20米擴展到30米，並在Φ311mm（φ表示圓柱材料器材的直徑）井段一次取心鑽進深度超過30米，創造了該領域的世界紀錄，隨後又在Φ216mm井段一次連續取心的鑽進深度達到41.69米，再次刷新了世界紀錄。創新地應用長鑽程技術，不僅減小了工人的勞動強度，壓縮了鑽井施工周期，而且極大地節約了綜合成本，更為以後的超深井工程開闢了新技術支撐。

同時，為了保證大直徑岩心出井後能夠被完整地從岩心筒中取出，「松科二井」的科研團隊利用「水力出岩心技術」與工程現場的液壓拆裝台架輔助的「機械出心技術」相結合，保證了累計4000餘米岩心樣品能夠完整、原狀出筒，為地學研究提供了一套優質豐富的岩心實物資料。

創新「泥漿」配方，在高溫中繼續「兇猛」

「松科二井」完鑽井深為7018米，在超深井向下連續鑽進過程中，既要保證上部井眼完好且不坍塌，還要讓鑽頭「咬碎」的岩渣從井底順利排出，還要保證高速轉動的鑽頭不會因為發熱而提前報廢，這些都得依靠「泥漿」即鑽井液來實現，它就像人的血液一樣，在鑽眼過程中從地面到井眼最底部不停的循環、凈化，傳遞水動力、冷卻並潤滑鑽具，攜帶和懸浮岩屑，維護井眼周圍井壁的穩定。

在鑽進的過程中，鑽井越深，溫度越高，鑽井液的技術難度越大。「松科二井」每往下鑽進100米，地下溫度會升高3——4℃，鑽到孔底的時候溫度已超過240℃，通過反覆的研究和實驗，科學家們研發出的新型鑽井液配方，經受住了井底240℃以上溫度的考驗，刷新了我國鑽井液應用的最高溫度記錄。

探尋乾熱岩，接受來自「母親」的溫暖

在「松科二井」鑽探的過程中，證實了松遼盆地深部凹陷帶沙河子組和火石嶺組（3350米以深）地層中存在有利的頁岩氣層系，完整地揭示了深部頁岩氣資源的潛力在地層4400——7018米的深度地層範圍內，並發現了150℃——241℃高溫乾熱岩體和兩層高放射性異常岩層，熱流值為84毫瓦/平方米，這一發現展示了松遼盆地良好的地熱開發應用潛力。

目前，對乾熱岩的開發利用主要是發電，利用乾熱岩發電技術可大幅降低溫室效應和酸雨對環境的影響，且不受季節與氣候制約。據科學家們的保守估計，地殼中的乾熱岩（通常指3——10 km深處）所蘊含的能量相當於全球所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍，若能開採出2％，其能量就相當於我國2010年全國一次性能耗總量（32.5億噸標煤）的5300倍。來自「松科二井」的發現，印證了我國乾熱岩地熱資源的開發利用前景。

「松科二井」項目的推進，建立起了我國地層對比的「金柱子」，創建了完整的松遼盆地陸相地層標準剖面，為發展我國區域性和全球地層對比研究提供了重要的陸相「標尺」；同時，「松科二井」建立了松遼盆地演化新模式，揭示了松遼盆地深部地質構造特徵，發現了古大洋板塊俯衝、聚合的深部證據，構建了盆地早期基底雙向匯聚、後期伸展反轉的陸地盆地演化新機制，為松遼盆地成因再認識及深層油氣勘探提供了理論指導。

從挖井探秘到萬米科鑽，人們對地球內部的好奇心有增無減，為了揭開地球內部的神秘面紗，探索地心深處的萬千奧秘，科學鑽探的道路任重道遠。但隨著更多萬米、超萬米科學鑽探等項目的深入推進，距離打開探索地球深部的通道會更加無阻，到那時，我們會更貼近地傾聽地球母親的「心跳」。

內容提供：中國地質調查局科普辦公室（中國地質調查局地學文獻中心）

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