Под покровом мантии
Шрифт:
Счетно-решающая машина поможет найти ответ на вопрос о том, какие металлы или искусственные пластмассы необходимы для создания бурильных труб. Машина подскажет, что для закрепления стенок скважин надо создавать своеобразные породы с определенными свойствами. Может быть, это будут преобразованные породы, пройденные буровой скважиной. А возможно, придется разработать электрохимический способ закрепления стенок скважин. Расчетные данные дадут ответ и на вопрос о том, каким должен быть диаметр скважин.
В районе города Тотьмы мне пришлось видеть скважину и закрепляющие ее обсадные трубы XV столетия. Начальный диаметр скважины достигал 60 сантиметров, конечный диаметр, на глубине 250 метров от поверхности, суживался до 30 сантиметров. Скважина была обсажена трубами из долбленых крепких деревьев, обернутых просмоленным холстом. Для того времени скважина была чудом техники.
Такой же, по сути, тип конструкции скважин мы применяем и в настоящее время.
Расчеты показывают, что начальный диаметр сверхглубокой скважины может быть около двух метров. Такая скважина, постепенно теряя диаметры, на глубине 15–18 километров сузится до 13–15 сантиметров. Счетно-решающие устройства будут рассчитывать прочность оборудования. Для того чтобы сказать, как поведут себя на глубине трубы, сделанные из сплава железа с титаном или из каких-либо других металлов, чтобы узнать, как они будут растягиваться или сжиматься при подъеме и спуске снаряда, нужно решить десятки, сотни и, может быть, тысячи разнообразных задач. Решения будут различными в зависимости от того, как мы будем представлять условия, которые встретятся под земной корой.
Современная наука позволяет нам учесть все эти условия, и сверхглубокие скважины мы будем бурить не вслепую. Мы войдем в глубины недр во всеоружии нашей техники, войдем как повелители стихий, еще недавно считавшихся таинственными и неукротимыми.
Как известно, в настоящее время происходит процесс резкой дифференциации наук. Появляются новые науки и научные направления. В геологии уже выделилось свыше 120 новых наук, и этот процесс еще продолжается. Уже невозможно быть специалистом-геологом вообще. Самых разнообразных направлений так много, что каждый геолог, практически говоря, становится узким специалистом в какой-либо одной области. Но происходит и прямо противоположный процесс, и недаром многие новые науки рождаются на стыке двух-трех старых.
Как быть при бурении сверхглубоких скважин? Ведь там возникает тысяча разнообразных вопросов, решение которых не под силу узким специалистам. Не приходится доказывать, что обслуживать каждую из таких скважин будут сотни лиц разнообразных специальностей. Здесь, как в фокусе, будут сосредоточены мысли и чаяния разных ученых. Скважина объединит интересы представителей, на первый взгляд ничем между собой не связанных направлений. Конечно, полностью о синтезе наук каждой сверхглубокой скважины рассказать невозможно. Об этом еще будет написано много книг, но некоторые направления видны уже сейчас.
Я представляю себе такую картину. С глубины 10–12 километров, предположим, скважины Кольского полуострова, будет добыт кусок горной породы. Его немедленно разделят между собой в первую очередь петрографы — люди, занимающиеся изучением, или, точнее, описанием, горных пород; геохимики, которые выявляют условия происхождения пород; минералоги, занимающиеся описанием и определением минералов, слагающих горные породы.
Можно предположить, что петрографы, минералоги и геохимики скажут, что с этой глубины мы подняли породу, называемую эклогитом. В описании будет указано, что такие породы образуются, как правило, либо на очень больших глубинах, либо в условиях высоких температур. Эклогиты, добавят минералоги, представляют довольно неплохо раскристаллизованную породу, в которой отчетливо видны ярко-красные кристаллы гранатов, сочетающихся с зелеными пироксенами, иногда между ними можно видеть также голубой или густо-синий дистен.
Есть много гипотез о строении внутренних зон Земли. По одной из них на глубине должен быть широко распространен минерал оливин, возникший при обеднении пород кремнеземом. Некоторые исследователи выделяют под земной корой целый оливиновый пояс (вспомните «Гиперболоид инженера Гарина», вся геология которого подсказана академиком Ферсманом).
Другие утверждают, что базальты под большим давлением переходят в эклогиты. Чем больше давление — тем крупнее кристаллы.
С эклогитами связано очень много проблем, пока еще далеко не ясных. Там, где мы находим эту удивительную породу, иногда вместе с ней встречаются алмазы. В связи с этим в изучении эклогитов примут участие специалисты по полезным ископаемым.
Академик В. Соболев рассказывает, что в двух случаях в эклогитах Южной Африки и Якутии оказались не только куски гранатов и пироксенов, но и кристаллы алмазов. Они были найдены в обломках в древних вулканических жерлах. По мнению магматистов, это доказательство, что алмазоносные породы — продукты высокой температуры и очень большого давления. Вот почему к изучению породы подключатся исследователи, работающие в области синтеза вещества.
Известно, что искусственные алмазы и в нашей стране и в США изготовляются при давлении около ста тысяч атмосфер и температурах в две-три тысячи градусов. Почти все исследователи считают, что алмазы — это продукты мантии Земли, в которой естественным образом сочетаются эти условия. Здесь спор о происхождении изучаемой породы перейдет к тектонистам, изучающим строение Земли и земной коры.
Известные ученые — И. И. Краснов, П. Е. Оффман, В. В. Алексеев, работавшие по изучению геологического строения алмазоносных сибирских зон, пришли к выводу о связи месторождений алмазов с зонами разломов земной коры. Такие зоны, как отмечает Алексеев, тянутся на очень большие расстояния. Они выдержаны, прямолинейны, и с ними связываются многократные оживления магматической деятельности.
Но не все вопросы разработаны достаточно четко.
На Всесоюзном тектоническом совещании в феврале 1963 года геолог Д. И. Мусатов докладывал о проблемах, связанных с продвижением магмы по глубинным разломам из очагов, находящихся на глубине в 70–100 километров. Он вынужден был признать, что сохранение разломов в виде открытых трещин, хотя бы и на короткий промежуток времени, практически невозможно, потому что при давлении 70–100-километрового столба горных пород накрепко закупориваются все открытые трещины. Нечто подобное происходит в ледяном поле, где под влиянием колоссального давления очень быстро исчезают даже довольно широкие разводья.
Мусатов говорил о том, что разломы должны иметь ступенчатый характер. Возможно, предполагает Мусатов, здесь возникнет арочный эффект, когда отдельные блоки земной коры будут придерживать трещины. И возможно, что все это происходило при общем растяжении Земли.
Однако все это только «возможно», но ничем не доказано.
Не случайно поэтому трансформисты, рассматривая вопрос о возникновении «взрывных трубок», в которых содержатся алмазы, высказывают иную точку зрения на этот вопрос. Они говорят, что гигантские давления совсем не обязательны; повышение температур — тоже. Возможно, говорят они, что образование алмазосодержащих пород происходит в условиях обычных или чуть-чуть повышенных давлений. Происходит в пределах земной коры в результате циркуляции растворов, которые могут внести любой химический состав из отдельных участков земной коры.
Для решения вопроса об условиях образования эклогитов, а также других алмазоносных пород подключатся специалисты по термодинамике. Они попытаются выяснить условия образования пород при изменяющихся температуре, давлении, объеме и концентрации того или иного вещества. В термодинамике говорится, что для формирования горной породы нужно точно учитывать все изменения этих факторов, тесно связанных между собой. Достаточно изменить давление, как изменится и температура, изменилась температура — потребуется иное давление и так далее.