地球上最深的洞是怎么挖出來的？

作者：桂有魚

審核：中石油技術(shù)研究院 總工程師 周英操

探索太空和在地上打洞哪個更難？答案是“上天難、入地亦難”。人類向太空發(fā)射的探測器，最遠(yuǎn)已經(jīng)飛出了太陽系，離我們有兩百多億公里。而人類在地球上挖的最深的洞，還不到13公里。人類居住的地球的直徑是12742公里，地球內(nèi)部的最高溫度為6000℃以上，地殼的平均厚度為17公里，世界最深的井僅僅是地球直徑的千分之一。如果把地球比作一個蘋果，至今還沒有人咬破過這個蘋果的外皮。

地殼示意圖

為什么挖個洞這么難？動物不用工具就能打洞，我們?nèi)祟愑心敲炊嗤诰驒C(jī)、打井機(jī)、鉆機(jī)，為什么不能一直挖到地心去？其實(shí)，在地球上打洞這件事，難度可能超出你的想象。

智能鉆井示意圖

一個洞是怎么打出來的呢？我們生活中會見到各種各樣的洞：裝修的時候，工人要用電鉆在墻上打洞；珍珠要想穿成項(xiàng)鏈，先要在上面鉆個眼；當(dāng)然還有今天人們用的地下水，也是通過在地上打一個洞得到的。這些大大小小的洞，不論大小，不論深淺，挖起來的基本原理都一樣：找一個堅(jiān)硬的鉆頭，不斷旋轉(zhuǎn)它，它就會把周圍的材料切碎，打出一個和自己直徑一樣大的洞。

換句話說，打洞這項(xiàng)工作，原本應(yīng)該豎直向下使勁，但是人類發(fā)揮自己的智慧，把它變成了一圈一圈地轉(zhuǎn)動鉆頭。生活中許多看似不可能完成的任務(wù)，都是靠這種方式解決的。比如，一根五厘米長的釘子，要想徒手按進(jìn)木頭里，無論有多大的勁，也做不到；但如果加上一個螺旋形的紅酒起子，只要用不太大的力氣旋轉(zhuǎn)它，就可以成功。給地球打洞，和把紅酒起子擰進(jìn)軟木塞里，從基本原理上沒有太大區(qū)別。

但話說回來，打一個一米的洞很容易，打一個一萬米的洞可是難上加難。現(xiàn)在世界上最深的洞在俄羅斯的西北角，臨近挪威，名字叫科拉超深鉆孔，它的垂直深度有12262米。

打這樣一個洞的難度在哪兒呢？

首先，它很長。打一口一萬米的井，就意味著你需要一個一萬米長的鉆桿。這么長的鉆桿即使能制造出來，誰能把它立在空中呢？科學(xué)家們想到一個辦法：把鉆桿做成一根一根，先挖一根鉆桿的長度，然后再接一根新的鉆桿，這樣一邊挖一邊加長，直到把整口井鉆完。

遇到的第二個問題是，隨著洞越來越深，地下的水和巖石都會想把你剛鉆出來的洞擠垮。這是因?yàn)椋氐谉o時無刻不存在著壓力，而且深度越深，壓力越大。洞壁的巖石雖然堅(jiān)硬，但在地底巨大的壓力下，也會像豆腐一樣被壓碎?？茖W(xué)家們有兩個辦法來解決這個問題：一是在洞壁周圍加一圈鋼管和水泥，讓它變得更堅(jiān)固；二是在打洞的同時，不斷往里灌泥漿，讓井里也充滿壓力，就能和地底的巖石一決高下了。

不過，用鋼管和水泥加固洞壁又帶來了第三個問題：由于每一組新的鋼管只能從已經(jīng)在洞中的一組鋼管中間穿過去，這個洞會越挖越細(xì)。這就決定了我們不可能無休止地打一個洞?？评钽@孔在地面上的直徑有將近一米，到了井底，直徑就只有不到一個腳掌的長度了。所以說，如果有人不幸掉進(jìn)這個地球上最深的洞，他只能卡在洞的上部分，是沒有辦法掉到洞底的。

當(dāng)然，挖這么深的洞，其難點(diǎn)不僅是上述那些，主要包括以下幾點(diǎn)：一是特深井地質(zhì)條件復(fù)雜，挖洞時間長、效率低，安全生產(chǎn)風(fēng)險大。二是特深井普遍存在超高溫達(dá)260℃、超高壓達(dá)170兆帕，洞中所用的儀器及工具、泥漿、水泥漿及材料等面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。三是地層壓力體系復(fù)雜，存在著井噴、漏失、井塌、卡鉆等復(fù)雜事故風(fēng)險。四是地層巖石堅(jiān)硬難鉆，鉆井速度低，周期長。五是地層富含硫化氫、二氧化碳等高酸性流體，對鋼管及水泥造成嚴(yán)重腐蝕。

科拉超深鉆孔克服了上面提到的所有困難，但它仍然花了14年的時間。粗略計(jì)算，一天才打了兩米多！這是因?yàn)榇蟠笮⌒〉囊馔饨?jīng)常發(fā)生，不是鉆桿斷了，就是被碎石頭卡住，要不就是水泥把井眼堵死了，每次這樣的事故發(fā)生，就要把整個鉆頭提到地面再重新組裝一次。如果發(fā)生一次嚴(yán)重到重新組裝也沒有辦法挽回的事故，只能在原來的洞眼旁邊又打了一個新洞。直到最后，科學(xué)家們也沒有打到他們預(yù)定的深度，15公里以上，而是在12公里多一點(diǎn)的地方就被迫停工了。

要接著打下去可不可以呢？也不是不行，其實(shí)最大的阻礙還是太貴了。2010年，有科學(xué)家估計(jì)過，要把這個地球上最深的洞繼續(xù)挖下去，至少還要花幾十億盧布。

雖然科拉超深鉆孔停工了，人類探索地球的腳步卻不會停止。已經(jīng)有科學(xué)家計(jì)劃著在海底打一個新洞，那里的地殼比陸地上薄得多，只要6千米就可以打穿。到那個時候，估計(jì)人類對地球的認(rèn)識又會前進(jìn)一大步。