Анатолий Малахов - Под покровом мантии

• Название: Под покровом мантии
• Автор: Анатолий Малахов
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: География
• Год: 1965

Кипящая жидкая магма или сверхтвердое вещество? Невообразимо высокие температуры или холод, близкий к абсолютному нулю?..

В самом деле, что же собой представляют недра Земли, какие тайны скрываются под ее мантией?

На эти вопросы наука еще не может дать точного ответа, хотя существует множество самых различных гипотез…

Романтика поисков и упорных исследований геологов, изучающих земные недра, и является темой этой книги. Автор ее, профессор, доктор геолого-минералогических наук Анатолий Алексеевич Малахов, хорошо знаком читателям по увлекательным книгам «Сто профессий геолога» и «Новеллы о камне».

---

Грязевой вулкан был побежден. Но газ, сопровождавший грязь, все-таки нашел выход. Мощные струи газа стали вырываться на поверхность. Все основание скважины дрожало. Но и в этом случае бурильщики знают, как поступить. У них была заранее заготовлена аварийная аппаратура. Выход газа, наконец, был закрыт. И когда вдруг наступила тишина, мастера увидели, что борьба с подземной стихией шла более двух смен…

Повторяю, это был рядовой случай: такие, а пожалуй, и еще более сложные аварии приходится часто преодолевать бурильщикам. «Королева недр» капризна. И ее «придворные» пускаются на разнообразные ухищрения, чтобы в конце концов угодить ей.

Но это все рассказы о современной технике и условиях бурения скважин. Ну, а в будущем, когда нам придется бурить сверхглубокие скважины, и тогда мы будем через каждые несколько метров вынимать все трубы и вновь опускать их?

Нет, здесь предусмотрен иной режим бурения. Еще в 20-х годах нашего столетия талантливый инженер М. А. Капелюшников изобрел так называемый турбобур. Сущность изобретения заключается в том, что колонна труб, которая опускается в скважину, сама не вращается. Она служит для того, чтобы подать вниз режущий инструмент турбины, и вращается лишь головка этой турбины, которая приводится в движение либо водой, либо тем глинистым раствором, который закачивается в скважину. Он служит одновременно и для вращения турбины и для того, чтобы замазать, глинизировать стенки скважины, уберечь их от осыпания.

Турбобур Капелюшникова в настоящее время оброс многочисленными усовершенствованиями и деталями. Появился и родной брат турбобура — электробур, в котором вращение режущей колонки происходит за счет электроэнергии, но принцип работы тот же — здесь также вращается только рабочая часть.

Уже давно, еще до Капелюшникова, был изобретен способ, позволяющий бурить скважину без выноса на поверхность столбиков породы — керна. В забое, в низу скважины, вся порода раздробляется с помощью специальных долотьев и потом водой или глинистым раствором поднимается на поверхность. Это значительно ускоряет бурение. И все-таки пока нет еще полного решения проблемы спуско-подъемных операций для сверхглубокого бурения. Возможно, что турбобур или электробур будут спускать и поднимать не на трубах, а на специальных тросах. Их надо сделать прочными и легкими, потому что на такой большой глубине решающее значение будет иметь их собственный вес. Уже сейчас пробуривают многие сотни метров скважин за месяц наращиванием труб, а не подъемом и спуском их несчетное число раз.

Особо занимает всех бурильщиков вопрос о режущих инструментах. Когда в нашей стране не хватало алмазов, головки буров оснащали резцами из специальных сортов стали. Были разработаны такие сплавы, как победит и ему подобные, которые сравнительно долго не снашивались, но и они не удовлетворяли бурильщиков.

Мечты человечества о «вечном» ударном и режущем инструменте запечатлены во многих преданиях и легендах. Любопытна скандинавская сага о Вольсунгах.

Как повествует легенда, бог Один решил подарить самому могучему герою меч, которой легко резал и дробил все. Один явился к людям и вонзил этот меч в дуб, сказав при этом, что, кто сумеет вытащить меч, тот и будет им владеть. Это вызвался сделать король Гаутланда Сиггейр. Но тщетны были его усилия. Вслед за ним подошел к дубу герой Сигмунд и легко вытащил меч. Сиггейр просил Сигмунда продать ему этот меч, но Сигмунд, смеясь, сказал: «Ты мог добыть его бесплатно. Раз я вытащил, значит мне им и владеть».

Сиггейр затаил злобу на Сигмунда и однажды хитростью заманил героя и его приемного сына Синфиотли к себе в королевство, а затем неожиданно напал на них и взял в плен. Он отобрал у Сигмунда меч, а герою придумал страшную казнь. Король приказал вырыть яму и разделить ее на две половины толстой гранитной плитой. В одну половину бросили Сигмунда, в другую — Синфиотли. В последнюю минуту сестре Сигмунда — жене Сиггейра — удалось передать Синфиотли волшебный меч в ячменном снопе. Яму засыпали землей, завалили камнями. На этом месте вырос огромный холм. Когда люди ушли, Синфиотли дотронулся до снопа и почувствовал там рукоятку меча. Он взял меч и легко проткнул им гранитную плиту. Сигмунд и Синфиотли пропилили мечом плиту, а затем разрубили землю и камни и вышли на поверхность… Просто, как в сказке!

У нас пока нет режущих инструментов такой твердости, какой обладал меч Сигмунда. Самым твердым из всех известных веществ является алмаз. Правда, в последнее время американцы изготовили так называемый боразон — нитрид бора, который режет алмаз. Но и он не удовлетворяет буровиков. Над созданием сверхтвердых сплавов бьются ученые всего мира, но пока тверже алмаза и боразона нет ничего. Может быть, на помощь буровикам придут квантовые генераторы света, о которых впервые писал А. Толстой в романе «Гиперболоид инженера Гарина». С помощью зеркала Гарину удалось сфокусировать в тонкий пучок лучи света, и этот пучок разрезал все, что попадалось ему на пути.

Ученым удалось осуществить идею Толстого. Правда, зеркало для этой цели не годится, да и источник энергии избран другой, неизмеримо более мощный. На основе квантовой механики создан генератор, позволяющий сфокусировать энергию светового потока и сделать луч такой плотности, что на своем пути он режет все. Такой луч за тысячные доли секунды прожигает отверстие в стали, режет алмаз или нагревает горную породу до 8000 градусов. Эти приборы, так называемые лазеры и мазеры, сейчас все более и более совершенствуются. С помощью лазеров генералы Пентагона собираются уничтожать ракеты или спутники. Американцы уже сообщили, что сконструирован лазер, поражающий цели на расстоянии свыше трехсот километров.

В нашей стране лазеры направлены на мирные цели. Кто знает, может быть, в недалеком будущем они станут главной деталью режущего инструмента. Но пока конструкция таких буровых станков еще не придумана.

А между тем техника требует от нас ответа на новые и новые вопросы. Предполагается, что бурить придется при огромных давлениях и высоких температурах. Надо сделать бурильные аппараты из сверхпрочных, но в то же время и сверхлегких материалов.

Может быть, исследователи здесь используют не металлические конструкции, а пластмассы, синтетические заменители, которые сейчас уже все больше и больше входят в промышленность и быт. Трудно сказать, какой путь будет избран. Нужно идти все глубже в недра, и в связи с этим встают многие другие вопросы. Как подавать на такую глубину энергию? Что нужно будет взять для этой цели — турбобур или электробур? Даже вес современного электрического кабеля, опущенного на глубину 15 километров, будет так велик, что кабель порвется от собственной тяжести!..

Предполагается, что вода, которую нужно туда подавать, превратится в пар, который нагреется до 400–450 градусов. Не потребуется ли какое-то особое охлаждение? Даже на тех глубинах, где вода еще может существовать, она будет разъедать клапаны насосов. Конечно, и здесь могут помочь новые материалы, но не проще ли совсем отказаться от воды и применять вместо нее сжатый воздух?

И таких проблем возникает невероятное количество. Для того, чтобы сконструировать новый буровой агрегат, который пройдет на большую глубину и врежется в мантию Земли, придется решать все новые и новые инженерные задачи.

А как извлекать породу с такой глубины? Скорее всего придется совсем по-новому организовать режим бурения. По-видимому, здесь будет уделено больше внимания тем аппаратам, которые способны давать показания без выноса керна или раствора на поверхность. Возможно, что для контроля будут извлекать лишь небольшие образцы с определенной глубины. Допустим, пробурят километров пять с полным раздроблением породы, а затем вынут кусочек керна.

Потом снова будут бурить километра три или четыре без извлечения породы. А пространство, которое пройдено без выноса керна, придется тщательно изучать с помощью разнообразных геофизических приборов.

Да и эти приборы придется переконструировать. Их также следует «одеть» в такую одежду, которая могла бы противостоять давлению и высокой температуре. Такая аппаратура будущего уже конструируется. И недалек тот день, когда мы начнем сверхглубокое бурение. Газеты сообщали, что нашими инженерами уже создаются станки, которыми можно бурить скважины до 10 километров. Первая такая скважина станет экспериментальной. Ее будут бурить в Прикаспийской низменности. В этом совершенном бурильном аппарате уже учтено многое из того, о чем мы сейчас говорили.

Искусственная мантия

Многие ли пассажиры Московского метрополитена внимательно разглядывают стены его великолепных вокзалов? Восхищаются обычно архитектурой, красотой помещений в целом. А приглядеться к стенам стоит.