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作者:宗申学 来源:科技日报 发布时间:2012-1-4 15:33:19
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我国首台万米app钻探钻机将探求地球深部奥秘

 
挺进地心 我国首台万米app钻探钻机将亮相大庆
 
高达60米、重达1000吨、占地约1万平方米的我国首台万米app钻探钻机,计划今年初将运抵大庆油田。明升中国app家将联合国际大陆app钻探计划(ICDP)在此实施松辽盆地app钻探2井(简称松科2井)工程,计划钻进6600米,与已经完成的“松科1井”一起,构成全球首个近乎完整的白垩系陆相沉积记录,以期获得白垩纪时期亚洲东部高分辨率气候环境变化记录,进而为预测未来全球时间尺度气候变化趋势提供app依据。
 
国家深部探测技术与实验研究专项首席app家董树文表示,深部大陆app钻探装备研制成功,实现了全套设备的国产化,是我国深部探测计划自主能力建设的重要突破,为后续国家地壳探测工程的全面实施、探求地球深部奥秘提供了高技术手段。
 
深部探测 “资源能源缺口是立项的第一出发点”
 
我国还蕴藏着多少石油和天然气?还有多少矿产资源未被发现?青藏高原的扩展对四川产生了什么影响?“深部探测”是回答这些关乎国计民生重要问题的关键词。
 
随着资源能源缺口日益凸显、地质灾害频发,亟须地球app研究跟进。2008年,我国地球“深部探测专项”启动,计划实施时间为2008年至2012年,耗时5年,耗资11亿元。
 
“资源能源缺口是立项的第一出发点。”谈到立项原因,“深部探测专项”负责人董树文说。这个专项包含大陆app钻探选址与钻探实验、深地震反射剖面探测、大地电磁探测、地壳全元素探测等9个实验项目,集合了12位院士、200多名研究员以及上千名科研人员,希望深层次摸清明升中国人脚下的每一寸土地:从明升中国地形三个台阶形成的原因,到地震灾害发生的原因,一直到油气蕴藏、矿产分布。
 
在矿产勘探方面,“深部探测专项”还在长江中下游成矿带首次实现了大型矿集区三维透明化,使矿集区地下3000米甚至5000米变得“透明”。
 
以外,被称为地球“CT”的深地震反射剖面探测项目,在野外采集了2160公里的深地震反射剖面,相当于我国之前60年累计完成的深地震反射剖面总长度(约4500公里)的48%,由此绘制的地下全貌图将增强我国预测预报地震等地质灾害的能力,为防灾减灾提供数据和理论支撑。
 
在深部探测计划的基础上,app家正在筹划详细揭示明升中国地壳结构的“地壳探测工程”,为保障资源供应、防灾减灾和发展地球app提供全面的深部数据和信息。
 
app钻探 “望远镜”“采样机”让地壳变透明
 
app钻探是获取地球深部物质和了解地球内部信息最直接、最有效和最可靠的方法,是地球app发展不可缺少的重要支撑,也是解决人类社会发展面临的资源、能源、环境等重大问题不可缺少的重要技术手段,被誉为人类的“入地望远镜”和地球内部物质的“采样器”。
 
明升中国汶川地震app钻探总工程师张伟接受采访时表示,实施深部大陆app钻探对钻机装备的要求更高。目前,国内深部石油钻机由于其转速低,钻进工艺简单,取心钻探效率低,钻探成本高,不适合深部大陆app钻探连续取心钻进施工的要求。
 
去年底研制成功的我国首台万米app钻探钻机在深部钻探全液压钻机整机设计理论、装备制造及配套钻具研制、数字化设计、智能化与自动化钻进装备等领域,实现了重大突破。
 
此前明升中国的app钻探纪录是5158米,世界上app钻探超过8000米的超深孔app钻探只有前苏联的12000米科拉超深孔和德国的KTB孔。
 
全球行动 13个国家已建设100多座app钻井
 
2003年,美国启动了新的深部探测计划——地球透镜计划。经过美国国会批准,这个为期15年的探测项目将投入200亿美元。值得注意的是,它的三个主要发起单位除了美国国家app基金会、美国地质调查局,还有美国国家航空航天局。
 
“地球透镜计划”用更为广泛和精密的仪器获得更为深度和精确的地壳数据,探究美国是如何形成的、美国正在如何运动、美国的地下到底拥有什么等一系列问题。最终的成果,都将用详细的图像表达出来。
 
欧洲国家在上世纪80年代至2002年完成了一项联合深部探测计划。几乎在同时,英国、德国、意大利、瑞士等也都实施了自己单独的深部探测工程。
 
到2005年,俄罗斯在重要的欧洲部分和盛产能源的西西伯利亚地区,实施了十多处超级钻项目。它们虽然没有“科拉超级钻”那样令人震惊,却使得俄罗斯人在资源勘测方面获得了巨大成就。目前,它已经是全球最大的资源蕴藏地和出口国。
 
日本则在2007年派出自己的海洋钻探船,希望从2500米的海底开始,再深入7000米。
 
在北美,另一个大国加拿大自上世纪80年代就启动了“岩石圈计划”。矿产企业是这个计划的重要投入者。
 
类似的模式在澳大利亚得到了复制。政府背景的科研机构与企业进行合作,先实施了“四维地球动力学探测计划”,此后又启动了“玻璃地球计划”“澳洲大陆结构与变化探索计划”。
 
通过加强地球动力学这样常人无法了解的领域研究,澳大利亚的矿产企业具备了全球领先的勘探技术,这也是澳大利亚矿业长盛不衰的主要原因之一。总之,深部探测使加拿大和澳大利亚在最近20年来始终保持着世界资源勘探大国的地位。
 
即使墨西哥也在实施app钻项目,从而了解数千万年前落在这个国家的陨石,是如何导致全球生物大灭绝的。
 
1992年,在经合组织的大app论坛上,为了分享成果、减少风险和成本,进一步用app钻来认识地球内部,各国决定联合实施类似项目。1996年,由德国、美国和明升中国发起成立了“国际大陆app钻探计划”。
 
虽然目前已经有13个国家建设了100多座app钻井,其中有超过20个超过4000米。但与冷战时期相比,今天的深部勘测已经不满足于“更深”的目标,而是期望通过更为广泛、系统性的观测和勘察,获得权威的样本和结论。
 
地球印象 探索止步于地下1万米
 
今天,探测器可以遨游太阳系外层空间,但对人类脚下的地球内部却鞭长莫及。目前世界上最深的钻孔也不过12千米,连地壳都没有穿透。app家只能通过研究地震波、地磁波和火山爆发来提示地球内部的秘密。
 
地壳是地球的表面层,也是人类生存和从事各种生产活动的场所。地壳实际上是由多组断裂的,很多大小不等的块体组成的,它的外部呈现出高低起伏的形态,因而地壳的厚度并不均匀:大陆下的地壳平均厚度约35公里,我国青藏高原的地壳厚度达65公里以上;海洋下的地壳厚度仅约5到10公里;整个地壳的平均厚度约15公里,这与地球平均半径6371公里相比,仅是薄薄的一层。
 
地壳上层为花岗岩层,主要由硅—铝氧化物构成;下层为玄武岩层,主要由硅—镁氧化物构成。理论上认为过地壳内的温度和压力随深度增加,每深入100米温度升高1℃。近年的钻探结果表明,在深达3公里以上时,每深入100米温度升高2.5℃,到11公里深处温度已达200℃。
 
目前所知地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年,即使是最古老的石头丹麦格陵兰的岩石也只有39亿年;而天文学家考证地球大约已有46亿年的历史,这说明地球壳层的岩石并非地球的原始壳层,是以后由地球内部的物质通过火山活动和造山活动构成的。
 
地壳下面是地球的中间层,叫做“地幔”,厚度约2865公里,主要由致密的造岩物质构成,这是地球内部体积最大、质量最大的一层。地幔又可分成上地幔和下地幔两层。一般认为上地幔顶部存在一个软流层,推测是由于放射元素大量集中,蜕变放热,将岩石熔融后造成的,可能是岩浆的发源地。下地幔温度、压力和密度均增大,物质呈可塑性固态。
 
地幔下面是地核,地核的平均厚度约3400公里。地核还可分为外地核、过渡层和内地核三层,外地核厚度约2080公里,物质大致成液态,可流动;过渡层的厚度约140公里;内地核是一个半径为1250公里的球心,物质大概是固态的,主要由铁、镍等金属元素构成。地核的温度和压力都很高,估计温度在5000℃以上,压力达1.32亿千帕以上,密度为每立方厘米13克。
 
美国一些app家用实验方法推算出地幔与核交界处的温度为3500℃以上,外核与内核交界处温度为6300℃,核心温度约6600℃。
 
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