2月20日，中國石油集團(tuán)宣布，我國首口超萬米科探井——深地塔科1井日前地下10910米成功完鉆，首次發(fā)布萬米以下取得的巖芯標(biāo)本，圓滿完成科學(xué)探索和發(fā)現(xiàn)油氣兩大任務(wù)。這一壯舉不僅標(biāo)志著我國在“深地”領(lǐng)域的技術(shù)跨越，更將人類對地球內(nèi)部的認(rèn)知推向了新紀(jì)元。

這是2月20日在新疆塔克拉瑪干沙漠腹地拍攝的中國石油塔里木油田深地塔科1井（無人機(jī)照片）。

圖片來源：新華社（新華社記者 胡虎虎 攝）

在這片被極端高溫、高壓與復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)籠罩的“地下禁區(qū)”，科學(xué)家們究竟在尋找什么？突破萬米深淵需要攻克哪些技術(shù)難關(guān)？

01 為何要向地球深處“掘進(jìn)”？

“向地球深部進(jìn)軍”是人類探索自然的永恒命題之一。目前，全球約80%的能源仍依賴化石燃料，深層油氣資源勘探開發(fā)是開展地球深部探測的重要組成部分。

作為入地的重要手段之一，超深鉆井被稱為深入地球內(nèi)部的“望遠(yuǎn)鏡”。1974年，美國一家天然氣公司在奧克拉荷馬州鉆成的伯沙羅杰斯鉆井，深度達(dá)9583米，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。1970年，在靠近北極圈的科拉半島上，蘇聯(lián)開啟了雄心勃勃的深鉆計(jì)劃，科拉SG-3井在1989年達(dá)到最大井深——12262米，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。但即使是這樣，人類也僅向地心前進(jìn)了不到0.2%。

我國深層、超深層油氣資源占全國油氣資源總量的34%，其中陸上主要集中在塔里木、準(zhǔn)噶爾、四川、柴達(dá)木四個(gè)大型含油氣盆地。2023年5月30日，位于我國新疆塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井開鉆。技術(shù)人員憑借精湛的專業(yè)能力和驚人的毅力朝著萬米深度挺進(jìn)，終于在2024年3月4日突破10000米。2025年2月20日，深地塔科1井以10910米的垂直深度完鉆，成為亞洲第一、世界第二的陸上垂直深井。

圖片來源：新華社（新華社記者 胡虎虎 攝）

02 萬米沖刺的“速度極限”

深地塔科1井的鉆探速度震驚世界：從地表鉆至10000米僅用270余天，創(chuàng)造了全球陸上鉆井突破萬米的最快紀(jì)錄。但從10000米到完鉆的10910米，這段僅占全程8%的“最后900米”卻耗費(fèi)了300多天。速度陡降的背后，是地球深部近乎“地獄級”的考驗(yàn)。

高溫、高壓是超深井鉆探中的最大難題。隨深度增加，地溫每100米約升3℃，加之鉆機(jī)摩擦熱，鉆頭和鉆桿易變形乃至斷落。其次是高壓的考驗(yàn)，鉆至萬米后，鉆井設(shè)備要承受145兆帕的超高壓，相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上施加1.45噸重量。此外，鉆進(jìn)過程還面臨著地層硬度飆升、井壁失穩(wěn)、方向傾斜、取芯困難等一系列難題。有人形象地形容萬米之下的鉆桿“軟得像面條”，操作起來很難控制。因此，專家直言不諱地說：“表面上看是打一口井，實(shí)際上卻是在考驗(yàn)一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、基礎(chǔ)工業(yè)實(shí)力和整個(gè)科技的發(fā)展水平?！?/p>

經(jīng)過科研攻關(guān)，深地塔科1井不斷突破“深度”極限，通過了萬米地下極端惡劣工況環(huán)境的檢驗(yàn)，為我國向地球深部進(jìn)軍提供了堅(jiān)實(shí)的裝備保障。

在萬米深層，科研團(tuán)隊(duì)首次獲取了完整萬米巖芯序列，在寒武系地層10851米到10910米井段發(fā)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)古老烴源巖，為探索深地油氣戰(zhàn)略發(fā)現(xiàn)提供了依據(jù)，對于保障國家能源安全具有重大意義。

03 破解5億年的“地質(zhì)密碼”

鉆孔的最大優(yōu)勢是地層信息連續(xù)、完整。通過對深地進(jìn)行取芯分析，可以揭示大陸地殼的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，探索地球深部流體系統(tǒng)、地?zé)峤Y(jié)構(gòu)，并解決地球演化的一系列重大基礎(chǔ)科學(xué)問題，是地球科學(xué)發(fā)展不可缺少的重要基礎(chǔ)。

據(jù)媒體報(bào)道，深地塔科1井被譽(yù)為深入地球內(nèi)部的“望遠(yuǎn)鏡”，它用了50多只鉆頭和1130多根首尾相連的鉆桿，最終與5億多年前的地層相遇。這該如何理解呢？

根據(jù)地層層序律，地層在正常沉積條件下會從下往上依次沉積，從而形成一系列地層。深地塔科1井從上到下依次穿透了12套地層，包括第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、奧陶系以及5億多年前的寒武系地層。在此過程中，科研人員不僅成功鉆取了我國首份地下萬米巖芯標(biāo)本，而且繪制了亞洲第一份萬米地質(zhì)剖面圖，在陸地萬米深層首次發(fā)現(xiàn)油氣顯示，為深地資源勘探提供新方向。

04 聆聽“地底的聲音”

深地塔科1井的科研價(jià)值遠(yuǎn)不止于巖石樣本的獲取，科學(xué)家將9000米至14000米深度的反射地震波數(shù)據(jù)按照人耳能聽到的頻率做了匹配，于是，人們就能聽到來自“地底的聲音”。這些來自“地底的聲音”究竟是什么呢？

地球內(nèi)部的地質(zhì)活動（例如巖石破裂、斷層活動等）會產(chǎn)生地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘叵聜鞑r(shí)，會因巖石性質(zhì)、密度等不同而產(chǎn)生變化?？蒲腥藛T通過分析這些地震波，可以推斷地下結(jié)構(gòu)及地質(zhì)活動。然而，地震波的頻率通常低于人耳能感知的范圍（20Hz到20000Hz）?？蒲腥藛T通過信號處理技術(shù)，調(diào)整頻率范圍，即可將地震波信號轉(zhuǎn)換為聲波，供人耳感知，近距離感受地球深部的“脈搏”。

深地探索是一場永無止境的遠(yuǎn)征。每一次向地心進(jìn)發(fā)，不僅是科學(xué)技術(shù)的勝利，更體現(xiàn)著人類對未知永恒的好奇與敬畏。未來，期待“中國深度”不斷書寫新的紀(jì)錄。

作者：馬志飛 地質(zhì)高級工程師，中國地質(zhì)學(xué)會會員，自然資源優(yōu)秀科普圖書獎獲得者

審核：劉漢斌 高級工程師，地質(zhì)博士

策劃：閻冬、翟國慶

出品：科普中國