СВЕРХГЛУБОКИЕ И ГЛУБОКИЕ СКВАЖИНЫ
advertisement
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА И РАЗВИТИЕ МИНЕ-РАЛЬНО-СЫРЬЕВОИ БАЗЫ. Под ред. А. И. Кривцова, И. Ф. Мигачева, Г. В. Ручкина. -- М.: ЦНИГРИ, 1993, 618 с. Глава 2 Глубинные исследования недр; Раздел 2.1. – стр 20-32. ___________________________________________________________________________ СВЕРХГЛУБОКИЕ И ГЛУБОКИЕ СКВАЖИНЫ Глубинные исследования недр предусматривают решение комплекса задач создания фундаментальных основ строения земной коры и верхней мантии, разработки теории нефтегазонакопления и рудогенеза для повышения эффективности прогноза месторождений полезных ископаемых. Они включают комплексные геолого-геофизические работы по региональным геотраверсам, исследования на геодинамических полигонах и бурение глубоких (ГС) и сверхглубоких (СГС) скважин. Результаты глубокого и сверхглубокого бурения позволяют существенно повысить достоверность интерпретации огромного геологогеофизического материала, по-новому подойти к решению фундаментальных проблем эволюции земной коры и выявить происходящие в ней геологические процессы. Эффективность глубокого и сверхглубокого бурения прямо влияет на реализацию программы глубинных исследований недр в целом. Глубокое и сверхглубокое бурение обеспечивает решение следующих главных задач : максимальное вскрытие разрезов геоструктур основных типов в стратиграфическом диапазоне мощностью более 60 км; получение прямых данных о состоянии и составе пород на больших глубинах и их изменениях в значительном диапазоне глубин; создание фактографической основы для моделирования процессов рудо- и нефтегазообразования и вариаций состояния геологической среды на значительных глубинах; выяснение природы геофизических границ и аномалиеобразующих объектов, получение данных о фактических свойствах пород в реальных термодинамических условиях; оценка перспектив нефтегазоносности и рудоносности глубоких горизонтов земной коры, выявление нетрадиционных источников рудного вещества и энергии; создание принципиально новых технологий и технических средств глубинного изучения и использования недр. Для выполнения этих задач было начато экспериментальное бурение Кольской (1970 г) и Саатлинской (1971 г) скважин с проектными глvбинами 15 км. В 1981-1985 гг завершено обоснование мест заложения и начато бурение Уральской (1985 г), Криворожской (1984 г), Мурунтауской (1984 г), Днепровско-Донецкой Прикаспийской (1984 г) скважин (рис. 2.1). (1983 г), Тимано-Печорской (1985 г) и В связи с необходимостью разработки и реализации единой технологии бурения и комплексных исследований, создания системы накопления, обработки и интерпретации уникальной геолого-геофизической информации в 1985 г было образовано специализированное геологическое объединения по сверхглубокому бурению и комплексным исследованиям недр Земли – «Недра», которому была поручена проходка большинства скважин (табл. 2.1). В 1986-1990 годах бурение глубоких и сверхглубоких скважин осуществлялось в соответствии с Общесоюзной научно- технической программой. Этой программой предусматривалось: изучение закономерностей строения континентальной земной и коры; эволюции развитие научных основ и методов прогнозирования минерально-сырьевых и ресурсов; новых бурения разработка и экономичных энергетических технологий средств для проникновения в недра Земли. Работы по программе обеспечивали единую систему регионального геологического изучения территории СССР, основанную на глубоком и сверхглубоком бурении, геотраверсах и геодинамических полигонах. Программой предусматривалось бурение двенадцати скважин. Строительство девяти из них (Кольская, Уральская, Криворожская, Мурунтауская, Титано-Печорская, Тюменская, Прикаспийская, Днепровско-Донецкая, Утвинская) осуществляли организации Мингео СССР и трех (Саатлинская, Ново-Елховская, Кубанская) - Миннефтепрома СССР. Дополнительно велось бурение двух глубоких скважин: Тырныаузской (проектная глубина 4 км) и Воротиловской (проектная глубина 6 км) (рис. 2.2). Всего с 1970 г было пройдено более 49 тыс.м (см. табл. 2.1). Скважины расположены в основных геоструктурах : на древних щитах (Кольская, Криворожская), в разновозрастных складчатых сооружениях (Уральская, Мурунтауская) и в чехлах древних (Дпепровско-Донецкая, Тимано-Печорская) и молодых (Утвинская, Тюменская) платформ (рис. 2.3). Это обеспечило получение ценной информации об особенностях геологического строения, эволюции основных геоблоков земной коры и изменчивости петрологических и физических параметров в их пределах на различных горизонтах в широком стратиграфическом диапазоне. Восемь скважин бурились с целью изучения крупных осадочных бассейнов и оценки перспектив их нефте-газоносности, а четыре – заложены в важных рудоносных провинциях с уникальными месторождениями. К 1990 г только Кольской сверхглубокой скважиной (забой на 12 261 м) достигнуты глубины, позволившие получить новую, во многом уникальную информацию, внесшую принципиальные коррективы в существующие представления о строении и эволюции земной коры. По другим скважинам были достигнуты глубины 4-5 км и получены новые данные о процессах рудообразования, физическом состоянии пород и природе аномалиеообразующих объектов. Принципиальное значение имеет установление реальной геологической природы сейсмических границ. Это позволило изменить традиционные представления о горизонтально-слоистой модели земной коры. Исследования физических свойств, состава и состояния горных пород по скважинам доказали, что пологие сейсмические границы в кристаллических породах не связаны с вариациями их вещественного состава, как это предполагалось ранее, а обусловлены изменениями физического состояния горных пород на больших глубинах. Открыто явление разуплотнения осадочных и кристаллических пород с возникновением горизонтов и зон с высокой пористостью, микротрещиноватостью и консолидированной коры аномальными петрофизическими характеристиками. Во всех интервалах вскрытого разреза обнаружены углеводородные газы. На значительных глубинах установлены активные гидрогеологические системы, что принципиально меняет представления о нижней границе гидросферы. Кроме того, результаты бурения каждой скважины весьма существенно проясняют геологическое строение конкретных геоблоков и прилегающих территорий. Так, скважины в осадочных бассейнах приблизились к нижней границе промышленно освоенных интервалов глубин или только начинают вскрывать ранее неизученные части разрезов. По ним получены новые данные катагенического об инверсионной преобразования гидрогеологической органического зональности, вещества, закономерностях особенностях изменения современного и палеотемпературного градиентов; на глубинах 6-7 км выявлены зоны развития коллекторов. По Тимано-Печорской скважине увеличены прогнозные ресурсы углеводородов в нижне-девонско-силурийском комплексе. Прямые признаки газоносности глубоких горизонтов раннего карбона установлены в Днепровско-Донецкой скважине. Первенец сверхглубокого бурения – Кольская скважина заложена в северовосточной части Балтийского щита, в пределах Печорского синклинория; в 10 км к югу от города Заполярный, Мурманской области (рис. 2.4). Цель бурения – изучение глубинного строения докембрийских структур Балтийского щита, типичных для фундамента древних платформ, и оценка их рудоносности. Проектная глубина – 15 000 м. Задачи проходки скважины: 1. Изучить глубинное строение никеленосного Печенгского комплекса и архейского кристаллического основания Балтийского щита, выяснить особенности проявления на больших глубинах геологических процессов, включая процессы рудообразования. 2. Выяснить геологическую природу сейсмических границ в континентальной земной коре и получить новые данные о тепловом режиме недр, глубинных водных растворах и газах. 3. Получить максимально полную информацию о вещественном составе горных пород и их физическом состоянии, вскрыть и изучить пограничную зону между «гранитным» и «базальтовым» слоями земной коры. 4. Усовершенствовать имеющиеся и создать новые технологии и технические средства для бурения и комплексных геофизических исследований сверхглубоких скважин. Бурение скважины было начато 24 /05 /1970 г. В 1984 г скважина достигла глубины 12 066 м. В связи с многочисленными геологическими осложнениями, связанными с неустойчивостью стенок открытого ствола (инт. 2 300 - 12 066 м) и значительными азимутальными и зенитными, отклонениями траектории скважины было выполнено расширение ствола до глубины 8 770 м и спуск обсадной колонны диатетром 245 мм до этой глубины. Далее был сформирован новый ствол и исправлена траектория скважины. По состоянию на 01 /05 /91 г глубина скважины составляла 12 261 м. Бурение осуществлялось с полным отбором керна, выход которого составил 3 591,9 м (29,3 %). Кольской скважиной впервые вскрыты и изучены в непрерывном вертикальном разрезе два важнейших докембрийских «надбазальтовых» слоя земной коры, отвечающих древнейшей (от 1,6 до 3,0 млрд.лет) истории геологического развития Земли. В верхней части разреза (0 - 6 840 м) был детально изvчен по всей мощности раннепротерозойский Печенгский осадочно-вулканогенный комплекс, слагающий палеорифтовую структуру. В интервале 6 840 -11 700 м исследован «гранито-гнейсовый» слой с возрастом пород не менее 2,6-2,8 млрд.лет. Подробнейшая характеристика разреза позволила выявить цикличность слагающих его глубоко метаморфизованных образований, изначально вулканогенных и осадочных, с увеличением роли последних к верхам разреза. На глубинах свыше 11 700 м вскрыты породы, предположительно слагающие верхнюю часть зоны перехода к катархейскому основанию древнего фундамента – «диоритовому слою» – важному составному элементу континентальной земной коры. Значительная глубина скважины позволила получить обширную информацию, освещающую метаморфизма эволюцию и докембрийских рудоносность. толщ земной Установление коры, особенности их гидрогенно-геохимического разуплотнения пород в условиях закрытых систем больших глубин привело к выявлению в скважине коровых волноводов, коллекторов в вулканогенных и метаморфических толщах, механически ослабленных горизонтов, металлоносных растворов. На всем протяжении разреза установлены притоки вод и газов, содержащих гелий, водород, азот, метан, тяжелые углеводороды. Судя по изотопии углерода, в архейских толщах газы имеют мантийную природу, в протерозойских - биогенную. К числу принципиально новых относятся данные по изменениям в температурном градиенте. До глубины 3 000 м градиент составляет 0,9-1 °С на 100 м, как это и установлено менее глубокими скважинами. Глубже градиент возрос до 22,5 градуса на 100 м; на глубине 12 км температура составила 220 градусов вместо ожидаемой 120-130 градусов. Результаты бурения скважин позволили определить геологическую природу геофизических границ. Изученный разрез дифференцирован в зависимости от вещественно-структурного состава вскрываемых пород с отчетливо выраженной тенденцией изменения физических характеристик в зонах разуплотнения (рис. 2.5). Отражающий горизонт на глубине 4 800 м, связываемый ранее с подошвой Печенгского комплекса, оказался отвечающим внутриформационному разрывному нарушению. На глубине 4 500 - 8 000 м вскрыты и исследованы разуплотненные метаморфические породы с низкими скоростями распространения упругих колебаний, что способствовало выделению геофизическими методами подобных коровых волноводов на площадях других древних щитов и платформ. Кольская скважина – это своеобразная лаборатория, полигон по испытаниям техники, технологии сверхглубокого бурения, глубинным скважинам и наземным геофизическим и геохимическим исследованиям. Результаты работ, сопоставленные с полученными ранее материалами, позволяют внести существенные изменения в ранее составленные схемы, модели, глобальные элементы геологических построений земной коры континентального типа. Особенно принципиальным может оказаться выяснение геологической природы сейсмической границы щита, выявленной в районе скважины на глубине 12,5-13,0 км. Если геологические предпосылки подтвердятся, то Кольская скважина впервые единым вертикальным разрезом сможет охарактеризовать сразу три структуры самого высокого стратиграфического ранга – три важнейших докембрийских «надбазальтовых» слоя континентальной земной коры. В основу технологии бурения Кольской СГС были положены следующие основные принципы: бурение опережающим стволом до встречи непреодолимых препятствий с последующим, в случае необходимости, креплением обсадными колоннами; турбинный способ бурения; расширением скважины и применение легкосплавных бурильных труб. В процессе бурения скважины применялись новые технические средства и технологии: - буровая установка для сверхглубокого бурения «Уралмаш-15000/400» с полной механизацией всех трудоемких технологических, монтажных и ремонтных работ; - трубы ЛБТВК-147, изготовленные из новых алюминиевых сплавов – термостойких (до 220 градусов) и высокопрочных (предел текучести 490 МПа ); - редукторные трубобуры , в тот числе термостойкие; - керноотборный снаряд МАГ2-195/60, работающий в режиме гидротранспорта керна; - информационно-измерительная система по управлению процессом бурения сверхглубоких скважин; - телесистема контроля частоты вращения забойного двигателя и осевой нагрузки на долото; - система управления траекторией скважины, позволившая при проводке ствола стабилизировать зенитный угол в пределах до 10 град/100 м; - технология и технические средства по предупреждению и ликвидации аварий в сверхглvбоких скважинах; - комплекс мероприятий и технологических приёмов, обеспечивших спуск обсадной колонны диаметром 245 мм на глубину 8 760 м. Часть перечисленного оборудования применялась в виде действующих макетов, опытных образцов и малых серий. Отдельные виды оборудования (редукторные трубобуры, высокопрочные ЛБТ и др.) переданы для использования в геологоразведочном производстве. Программа континентального научного бурения позволяет разрешить ряд вопросов рудогенеза как в теоретическом, так и в прикладном плане. Соответствующие задачи решаются при проводке сверхглубоких скважин, а также путем проходки специальных скважин глубиной от 2 км до 5 км в важнейших рудных районах СССР. Бурение этих скважин ведется с целью вскрытия различных по своей природе рудообразующих систем и оценки перспектив рудоносности глубоких горизонтов. Ниже излагаются важнейшие результаты, полученные в области геологии рудных месторождений при проходке сверхглубокнх и глубоких скважин (рис. 2.6). Кольская СГС В интервале 1 540-1 810 м вскрыты тела ультрабазитов с сульфидными медноникелевыми рудами, что опровергло представления о выклинивании рудоносного комплекса Печенги с глvбиной и pacширило перспективы Печенгского рудного поля. На глубинах более 7 км на нескольких уровнях в архейских гнейсах вскрыты магнетитамфиболовые породы – аналоги железистых кварцитов Оленегорского и Костомукшского месторождений. На глубине 8 700 м вскрыты габброиды с титаномагнетитовой минерализацией. Полной неожиданностью явилось обнаружение в интервале 9,5-10,6 км значительного по мощности (до 800 м) участка аномально высоких содержаний золота (до 7,4 г/т), серебра, меди, висмута, мышьяка и некоторых других элементов, связанных с явлением гидрогенно-геохимического разуплотнения архейских пород. Тщательное изучение керна ствола скважины и околоскважинного пространства позволило выявить зоны выноса, транзита и накопления этих элементов, не обнаруживающие связи с первичным составом пород, но коррелирующиеся с фациями метаморфизма. Таким образом, выявлены продукты метаморфогенногидротермальной рудообразующей системы, возникшей вследствие разуплотнения. Явления гидрогенного разуплотнения пород сопровождаются их дегидратацией, миграцией значительных объёмов вод, выступающих в роли металлоносных растворов. Эти растворы заимствуют рудное вещество из значительного объёма пород и концентрируют его в ограниченном пространстве. Возникает необходимость оценки приложимости этой модели к некоторым типам рудных месторождений, для которых источники вещества и энергии остаются спорными. С другой стороны, открывается возможность обнаружения в метаморфизованных комплексах новых типов скоплений рудного вещества. Криворожская СГС Главная цель железорудного бурения бассейна, – от расшифровка чего глубинного зависят строения перспективы крупного дальнейших геологоразведочных работ. Главный прикладной результат бурения этой скважины – вскрытие новых железорудных горизонтов в сложной околонадвиговой складчатой структуре. Уральская СГС 3начительную часть разреза, вскрываемого скважиной, должны составлять вулканогенные толщи, сформированные в островодужном и океаническом режиме, а также ассоциирующие сопровождаться плутоногенные соответствующими образования. продуктами Эти комплексы доорогенной могут металлогении эвгеосинклиналей – в первую очередь, вулканогенными месторождениями массивных сульфидных руд. До глубины 4 км скважина вскрыла вvлканогенные толщи андезито-базальтового состава, по своей формационной принадлежности отвечающие режиму краевой части барьерной зоны островных дуг. Эти толщи возникли после накопления вулканогенных формаций, сопровождающихся массивными сульфидными рудами, и представляют в этом отношении послерудные образования. На нескольких интервалах глубин скважиной вскрыты участки сульфидной минерализации трех разновидностей: - послойная минерализация в верхах вулканогенных ритмов, включая обломки сульфидных руд; - рассеянная вкрапленность на участках эпидотизации; - вкрапленность и прожилки в ассоциации с дайками микродиоритов. Обнаружение минерализации первого типа свидетельствует о том, что в смежных зонах одновременно с развитием нерудоносных толщ барьерной кордильеры формировались массивные сульфидные руды. Это подтверждает положение о синхронности различных режимов развития в эвгеосинклиналях прошлого и о смене таких режимов во времени не столько по вертикали, сколько по латерали. Новообразованные минеральные ассоциации в породах всего вскрытого разреза (до 4 км) отвечают пренит-пумпеллиитовой фации метаморфизма. При этом цеолиты развиты до глубины более 2,5 км. С учетом данных о времени проявления метаморфизма погружения на Урале общепринятые представления об условиях цеолитовой и пренит-пумпеллиитовой фаций и диапазонах их распространения требуют пересмотра либо, по крайней мере, уточнения. Мурунтауская ГС проходится в рудном поле крупнейшего золоторудного месторождения Мурунтау в Узбекистане. Рудные тела этого месторождения локализованы в нижнепалеозойских углеродсодержащих терригенных отложениях. Главные задачи скважины – выявление возможной золотоносности глубоких горизонтов, вскрытие корневых частей рудоносных зон, оценка потенциала углеродсодержащих терригенных толщ в отношении новых типов оруденения. Скважина пройдена до глубины более 4 км. Пройдены также скважины-спутники глубиной до 2 км. В результате комплекса работ установлено, что рудное поле представляет собою гигантский грибообразный штокверк, в котором сочетаются субсогласные с напластованием оруденелые зоны и крутые (субвертикальные) зоны минерализации, уходящие на значительную глубину. Пологие оруденелые зоны вскрыты на глубине более 1 700 м. На глубине около 2 400 м вскрыт оруденелый интервал мощностью около 7 м с содержанием золота более 15 г/т, что соответствует одной из крутых зон. На ряде интервалов глубин (1 380-1 382 м, 2 420-2 440 м, 2 940-3 050 м) обнаружена уранмолибден-ванадиевая минерализация, сопровождающаяся платиноидами. Установлено, что золоторудная минерализация развита над границей перехода пирротина в пирит. Эти данные, а также изотопно-геохимические исследования составляют основу построения метаморфогенно-гидротермальной (полихронной регенерационной) модели рудообразующей системы Мурунтауского рудного поля. Существенное значение для этой модели имеют принципиальные различия в продуктах метаморфизма и метасоматоза на разных уровнях разреза. Первичное накопление рудного вещества связывается с процессами вулканизма. Дополнительное его поступление и концентрирование в штокверке обусловлено процессами метаморфизма и метасоматоза с выносом на верхние уровни. Остается открытым вопрос об энергообеспечении рудообразующей системы. Предполагавшийся на глубине массив гранитов скважиной не вскрыт. Известные в рудном поле дайковые серии могут фиксировать позицию каналов поступления теплового потока, происхождение которого может быть расшифровано при дальнейшем углублении скважины. Алмалыкская глубокая скважина АО-1 в Узбекистане была пройдена на крупном медно-порфировом месторождении. При проходке этой скважины (глубина 2 984 м), была поставлена задача вскрытия оруденения на глубине и оценки его вертикального размаха. В итоге была решена задача целевого изучения меднопорфировой рудообразующей системы на протяжении 2,5 км по вертикали. Была установлена рудная зона мощностью 400 м с промышленными содержаниями меди, молибдена, золота и серебра. В рудоносном интрузиве выделены три зоны: собственно рудоносная порфировая (около 700 м), подрудная порфировая (700 м), безрудная nолнокристаллическая (более 1000 м). По результатам бурения этой скважины были получены доказательства того, что рудоносные порфировые образования не представляют собой самостоятельную магматическую фазу, а являются фацией одного магматического тела. Вторая скважина (АО-2) задана в этом же районе и достигла глубины более 3 600 м. Её проходка велась с целью изучения корневых частей медно-порфировой системы. Скважина вскрывала массив сиенито-диоритов, который на глvбине около 1 300 м прорван гранодиорит-порфирами, переходящими в гранодиориты. Установлено два этажа оруденения. Верхний, расположенный в сиенитодиоритах, протягигвается до глубины 840 м с промышленными содержанияти меди и молибдена. Бедная вкрапленность прослежена до 1 860 м. После безрудного интервала 1 860-2 260 м вскрыт второй этаж оруденения (2 260-3 000 м, 3 100-3 115 м). 3десь господствует молибденовая минерализация при значителькой роли магнетита и гематита и повышенных содержаниях висмута. Тырныаузская ГС пройдена в рудном поле одноименного молибден- вольфрамового месторождения на Северном Кавказе до глубины 4 км. 3адачи проходки скважины: проверка гипотезы о возможном наличии на глубине нового этажа оруденения; изучение геотермической обстановки на глубине; изучение возможности использования скважины как геолаборатории в целях оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений. Скважина не подтвердила наличия второго этажа промышленного оруденения. Она вскрыла граниты, считающиеся рудогенерирующими и несущие вкрапленную и прожилковую сульфидную минерализацию с вольфрамитом, шеелитом и молибденитом на нескольких интервалах разреза. Результаты бурения этой скважины позволили разработать модель кристаллизации маловодных гранитных систем. Доказано, что этот процесс происходит центростремительно с образованием остаточных очагов высоководных расплавов, которые и являются рудоносными, в первую очередь, на периферии магматического тела. По скважине установлен высокий геотермический градиент (56 °С/1 км). Температура на забое составляет 223 °С. Скважина используется для создания энергетической установки с утилизацией энергии «сухих горячих пород». Воротиловская ГС проходится вблизи города Нижний Новгород (г. Горький). Скважина задана в центре Воротиловской кольцевой структуры, выявленной под мезозойско-кайнозойским чехлом в фундаменте Рvсской платформы. Кольцевая структура имеет диаметр около 80 км и осложнена центральным валообразным поднятием. Предполагается взрывное происхождение этой структуры – космогенное (импактное) либо эндогенное. Задача скважины, достигшей глубины 4,7 км, – изучение внутреннего строения структуры и заполняющих ее брекчиевых пород, а также оценка возможной алмазоносности. Во вскрытом диапазоне глубин развиты брекчированные гнейсы, испытавшие интенсивные термальные преобразования. Вследствие этого породы обладают флюидальностью, возникшей за счет вторичной пластификации; часть из них представляет черные стекла, нередко пористые, рассматриваемые как продукт плавления. На ряде интервалов породы обладают всеми признаками зювитов и тагамитов. С глубиной наблюдается некоторое возрастание сплошности пород. Таким образом, глубокие скважины в рудных районах уже внесли заметный вклад в изучение рудообразующих систем различных типов. По Кольской и Мурунтауской скважинам получены принципиально новые данные по строению гидротермальных и условиям рудообразующих возникновения систем. метаморфогенно- Перераспределение рудного вещества в таких системах вызывается различными по своей природе процессами, чем определяется их возможное природное разнообразие. Следующие из модельных построений прикладные выводы позволяют расширить область поисков соответствующих скоплений рудного вещества. Тырныаузской скважиной исследовано внутреннее строение гидротермальной ортогенетической рудообразующей системы. С системами подобного типа связаны месторождения многих полезных ископаемых. Выявление критериев отличия надрудных и подрудных частей такого рода систем имеет важное прикладное значение. Алмалыкскими рудообразующая скважинами система изучена медно-порфировых гидротермально-рециклинговая месторождений. Принципиальное значение имеет установление значительной вертикальной протяженности рудных тел, их зонального строения и этажного расположения в большом диапазоне глубин. Бурение Уральской скважины велось с целью изучения продуктов субмаринной гидротермально-рециклинговой системы. Наконец, результаты проходки Воротиловской скважины дают уникальный материал для изучения процессов, формирующих астроблемы. ГIрикладное значение результатов бурения в рудных районах определяется прежде всего тем, что практически все скважины вскрыли новые ранее неизвестные рудные тела, что значительно расширило потенциал рудоносности. Вскрытие новых зон с золоторудной минерализацией на месторождении Мурунтау и новых меднопорфировых зон на Алмалыке имеет весьма значительную экономическую ценность, что так или иначе компенсирует затраты на бурение. Реализация программы глубокого и сверхглубокого бурения потребовала решения сложных научно-методических и научно-технических задач. Организациями Мингео СССР, других министерств и ведомств разработаны и внедрены в практику принципиально новые технические средства и прогрессивные технологии проходки вертикальных скважин на глубины более 10 км. Созданы аппаратурно-методические комплексы для жестких термодинамических условий глубоких и сверхглубоких скважин. В целом, при выполнении программ глубокого и сверхглубокого бурения получены весьма значительные результаты как в области фундаментальных основ наук о Земле, так и в области прогрессивных технологий геолого-разведочных работ. Эти результаты имеют принципиальное значение для геологического и народнохозяйственного освоения природных ресурсов глубоких горизонтов земной коры. Вместе с тем, за последние годы существенно сократился приток новой информации. Это связано с выходом Кольской скважины в горизонт с неизвестным ранее состоянием геологической среды, негативно влияющим на условия проходки, а также с тем, что ряд скважин, начатых в прошлой пятилетке, еще не вышли на значительные глубины. С другой стороны, оказались недостаточными темпы комплексной обработки информации, её интерпретации и обобщения. Проникновение скважин на весьма значительные глубины предоставляет уникальные возможности для создания современных систем наблюдения за состоянием земной коры и протекающими в ней процессами. С учетом полученных результатов и реального состояния работ программа глубокого и сверхглубокого бурения требует уточнения последующим главным направлениям: перевод Кольской сверхглубокой скважины в режим геолаборатории; продолжение проходки до проектных глубин Уральской и Мурунтауской скважин, решающих фундаментальные задачи геологического строения и рудоносности важнейших металлогенических провинций; продолжение проходки Тюменской и Тимано-Печорской скважин со вскрытием пород основания осадочных бассейнов на глубину не менее 1,5-2 км с целью оценки перспектив нефтегазоносности глубоких горизонтов и решения фундаментальных задач строения и развития осадочных бассейнов; перевод Днепровско-Донецкой, Утвинской, Еньяхской, Колвинской, Деркульской, Коскульской скважин в категорию параметрических с определением нефтепоисковой целесообразности глубин и их проходки. Очевидна важность проходки глубокой скважины в зоне Байкальского рифта, в районе Тункинской впадины, геологическая ситуация которой позволяет предположить получение при бурении здесь уникальных материалов о строении и эволюции молодых рифтовых систем, глобальных изменениях в геологической истории, потенциале геотермической энергии. Рекомендациями Международного семинара по сверхглубокому бурению (Москва, сентябрь 1991 г) межведомственной поддержаны меры международной по созданию геолаборатории на и базе Кольской организация скважины издания серии монографий «Глубокие и сверхглубокие скважины СССР». До последнего времени поступление новой информации основывалось непосредственно на результатах глубокого и сверхглубокого бурения, на материалах, получаемых из скважин. Статичность этой информации противоречит необходимости изучения современной динамики геологических, геофизических и геохимических процессов, протекающих в районах заложения глубоких и сверхглубоких скважин, в пространстве и времени. Реализуемая ныне технология геолого-геофизических исследований обеспечивает сбор информации только в процессе проходки скважин. Вполне естественно, что при снижении темпов проходки скважин с ростом их глубин будут снижаться темпы и объёмы получаемой информации. Вместе с тем, информативность работ по программе может быть существенно повышена за счет использования глубоких и сверхглубоких скважин в качестве информационно-измерительных систем для режимных наблюдений. Это обстоятельство приобретает весьма существенное значение при завершении проходки скважин на проектную глубину и определении судьбы уникального, постоянно действующего канала связи для передачи информации с глубин земной коры. Этот вопрос всегда волновал исследователей, которые высказывали различные идеи о создании на сверхглубоких скважинах специальных лабораторий (обсерваторий) для режимных наблюдений за динамикой изменения параметров геофизических, геодинамических, гидродинамических и геохимических полей. Впервые идею использования сверхглубоких скважин для режимных наблюдений с помощью автоматической аппаратуры высказал советский ученый Н.И. Хитаров в 1961 г. По этому вопросу он писал: «Проекты скважин должны учитывать возможность закрепления их с целью сохранения забоя на возможно длительный срок после разбуривания для проведения систематических режимных наблюдений – специальных геофизических, термических, газовых, над жидкими выделениями с помощью автоматической аппаратуры. Такие исследования во времени могут получить ценный фактический материал, уточняющий представления об источнике подземного тепла, строении теплового поля и его развитии на глубину, а также о способах и путях передачи тепла с глубин, о роли при этом подземных вод, газов и слагающих разрез пород. Этот материал будет также способствовать расширению теоретической основы учения о магматизме и процессах образования многих полезных ископаемых, включая нефть и газ». В 1981 г И.А. Резанов целевое назначение «подземных лабораторий» видел в качестве скважинно-наземного измерительного комплекса естественных геофизических и геохимических полей, который явит собой новый тип геофизической обсерватории. В последние годы некоторыми организациями осуществлялась разработка аванпроектов геолабораторий. В этих аван-проектах предусматривалось создание геолабораторий многоцелевого назначения, позволяющих регистрировать, обрабатывать и интерпретировать геолого-геофизическую информацию как в процессе проходки скважин, так и после завершения ее бурения. На базе геолабораторий возможно создание геополигонов для разработки статических и динамических моделей регионов на основе увязки наземных и скважинных исследований. Предусматривается обширный перечень измеряемых параметров вариаций гравитационного, магнитного, электрического, радиационного и теплового полей, состава вод и газов, состава и состояния пород. Обобщая идеи и подходы к созданию постоянно действующих геологических лабораторий предложениям, на сверхглубоких которые скважинах, основаны на необходимо научной отдать необходимости предпочтение изучения тем вариаций геофизических, геохимических, геодинамических и других полей в естественных условиях, т.е. после завершения бурения или в период длительного перерыва между бурением, когда отсутствуют факторы, искажающие природные физико-химические, гидродинамические и другие процессы. Исходя из этого основополагающего положения, можно сформулировать общее назначение геолабораторий в следующем виде : на сверхглубоких скважинах они предназначены для регистрации и сбора данных о вариациях геофизических, геохимических, геодинамических и других естественных полей по стволу скважины и околоскважином пространстве на протяжении длительного времени. Цель создания геолабораторий можно сформулировать в следующем виде: - изучение закономерностей изменения естественных полей в геологических средах во времени для понимания их эволюции, - термодинамического состояния, газового и гидрогеологического режима, механизма массопереноса и других фундаментальных явлений, протекающих под воздействием планетарных и антропогенных процессов, определяющих состояние геосферы на современном этапе развития 3емли. Отсюда вытекают следующие основные положения, определяющие идеологию построения геолабораторий : геолаборатория должна быть отнесена к информационно-измерительным системам с длительным периодом функционирования; информационно-измерительная система должна быть многоканальной, открытой, обеспечивать непрерывность измерении во времени; обладать высокими метрологическими характеристиками, большой надежностью и быстрой восстанавливаемостью; подсистема скважинных датчиков и каналов передачи данных должна обеспечивать устойчивую регистрацию и транспортировку данных по каналам связи в термобарических условиях сверхглубоких скважин, независимо от их конструкции; накопление информации должно осуществляться на долгоживущих носителях. Техническое решение геолаборатории должно быть обеспечено через создание системы многоцелевых датчиков, размещаемых в стволе скважины в аномальных и спокойных его участках и коммутированных кабельным или иным каналом связи с поверхностью. При этом необходимо достижение непрерывно-прерывистого поступления информации в зависимости от регистрируемых характеристик и заданной периодичности их фиксации. Объединением «Недра» (Б.Н. Хахаев, Д.М. Губерман, В.И. Горбацев, Е.Я. Оксенойд, Л.А. Певзнер) предложена общая концепция геолаборатории на базе сверхглубокой скважины. Эта концепция, в первую очередь, может быть основой для создания геолаборатории на базе Кольской сверхглубокой скважины: 1. Геолаборатория создается с целью решения фундаментальных и прикладных проблем в области наук о Земле: изучения свойств, строения и эволюции Земли как планетного тела; закономерностей изменения и взаимодействия естественных и искусственных (антропогенных) геолого-геофизических и геохимических полей и их влияния на эволюцию лито-, гидро- и биосферы; изучения и прогноза глобальных изменений; исследования и создания новых технологий изучения Земли. 2. Геолаборатория создается как информационно-измерительная система с длительным сроком функционирования в непрерывном или периодическом режиме. 3. Геолаборатория включает в себя специально оборудованную сверхглубокую скважину, систему наземных и скважинных датчиков различных видов полей, систему источников полей, систему регистрации и каналов связи. Вся геолаборатория в целом является датчиком, регистрирующим комплекс естественных полей, и обеспечивает получение новой информации о земной коре, а отдельные датчики или системы датчиков – источников используются для изучения пространственно-временных вариаций и связей геологических, геофизических и геохимических полей, свойств земной коры и происходящих в её пределах процессов. 4. Деятельность геолаборатории должна быть направлена на достижение следующих основных результатов: 4.1 Содействие развитию междисциплинарного международного научно- технического сотрудничества в области наук о 3емле. Создание благоприятных условий для свободного обмена информацией, учеными и специалистами. 4.2. Получение новых сведений о строении и эволюции 3емли, процессах энерго- массопереноса и кругооборота земного вещества, взаимодействии и взаимовлиянии лито-, гидро- и биосфер, закономерностях миграции химических элементов в земной коре, происхождении подземных вод и концентраций полезных ископаемых; выявление геофизических неоднородностей и границ в земной коре, изучение их природы и вариаций. 4.3. Изучение геофизических полей, природы их источников и пространственно- временных вариаций, взаимодействия космических и эндогенных полей. 4.4. Изучение и оценка экологических последствий глубинных геологических и техногенных процессов, прогнозирование периодических и катастрофических процессов и явлений. 4.5. Создание на основе выявленных закономерностей новых технических средств и технологий изучения земной коры и использования её нетрадиционных ресурсов. 5. Основными методами исследований являются экспериментальные наблюдения, натурное физическое и математическое моделирование. Предполагается возможность совокупного анализа данных, полученных по сети скважин сверхглубокого бурения. 6. Организационный статус геолаборатории – международная научная некоммерческая организация. В современных условиях открытого мира создание международной геолаборатории на базе Кольской сверхглубокой скважины предоставляет возможность мировой геологической общественности продемонстрировать цивилизованному миру роль и значение геологии для его существования. Геолаборатория на Кольской – это не национальная проблема, это глобальная проблема, для решения которой необходимые предпосылки уже созданы. Опыт подобных работ на Кольской СГС в последующем может быть перенесен на другие скважины с целью создания сети глубинных обсерваторий, связанных общей системой регистрации и обработки информации о состоянии верхних частей земной коры.