Ко́льская эксперимента́льная опо́рная сверхглубо́кая сква́жина (СГ-3) — самая глубокая горная выработка в мире. Имеет научное значение. Являлась частью системы сверхглубоких скважин в СССР. Расположена в 15 км к востоку от посёлка Никель и 12 км к западу от города Заполярный.
В 1997 году занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самое глубокое вторжение человека в земную кору, и остаётся таковой до сих пор. Была также самой длинной скважиной в мире до 2008 года, когда её обошла пробурённая под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A (12 290 м, нефтяной бассейн Аль-Шахин, Катар). В данный момент самой длинной скважиной является пробурённая для добычи нефти на шельфе Сахалина Z-44 Чайво (Россия) — 15 км (рекорд поставлен в 2017 году).
Бурением скважины и анализом полученных материалов занималась специально созданная для этого Кольская комплексная геолого-разведывательная экспедиция глубокого бурения (1968—1991, с 1992 года преобразована в Научно-производственный центр «Кольская сверхглубокая»), работавшая под бессменным руководством Давида Губермана.
В результате бурения, которое с перерывами велось с 1970 по 1991 год, глубина скважины составила ; диаметр верхней части — , диаметр нижней части — . После ряда аварий в 1994 году скважина была закрыта.
Весной 2020 года власти Мурманска объявили о планах сделать Кольскую сверхглубокую скважину туристическим объектом.
Общая характеристика Скважина находится в Мурманской области, в 12 километрах к западу от города Заполярный. Скважина заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в области сочленения рудоносных докембрийских структур, типичных для фундаментов древних платформ. В отличие от других наиболее крупных сверхглубоких скважин, которые бурились с сугубо практическими целями — для добычи нефти, газа или геологоразведочных работ, Кольская скважина была пробурена исключительно для решения научно-исследовательских задач. В первую очередь — это подтверждение теоретических моделей строения нижних слоёв земной коры (гранитного и базальтового), поиск и исследование характера границ между ними (границы Конрада) и мантией Земли (поверхности Мохоровичича). Однако ни ярко выраженного чередования слоёв литосферы, ни сколько-нибудь выраженных границ между ними в результате бурения так и не было обнаружено.
Предпосылки появления
Попытки глубинного исследования недр Земли уходят в глубокую древность. В XIII веке китайцам удавалось прорыть скважины глубиной 1200 метров. К началу XX века мировой наукой был накоплен большой объём знаний по строению верхних слоёв литосферы. Было предпринято несколько попыток пробурить сверхглубокие скважины для проверки теорий на фактическом материале. В 1930 году в Европе смогли пробурить земную поверхность на глубину . В конце 1950-х годов глубина пробурённых скважин увеличилась до . В 1957 году США приступили к осуществлению аналогичного проекта. В 1958 году была создана программа Проект «Мохол», для бурения коры под Тихим океаном. Проект был так назван в честь хорватского учёного Андрия Мохоровичича, который исследовал земную кору и мантию. Часть названия, «hole», переводится с английского как «дыра». Однако работа в рамках проекта была прекращена в 1966 году из-за отсутствия финансирования и разногласий между участниками проектаGreenberg, D.S. (January 10, 1964). «Mohole: The project that went awry (I)». Science. 143 (3602): 115—119. Bibcode:1964Sci…143..115G. doi:10.1126/science.143.3602.115. PMID 17781190..
Строительство по всему Советскому Союзу сети опорных скважин глубиной 2—3 км было предусмотрено программой, утверждённой в конце 1950-х годов. Скважины от 3 до в классификации называются глубокими, свыше — сверхглубокими. В 1960—1962 годах была сформулирована первая в мире комплексная научно-техническая программа «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение».
Наиболее удобными местами для сверхглубокого бурения являются районы земной поверхности, где толщина чехла осадочных пород имеет минимальные значения или вовсе отсутствуют. Кольский полуостров — одно из немногих мест на материковой поверхности Земли, где чехол осадочных пород полностью отсутствует, и поверхность сложена породами очень древнего происхождения — их возраст составляет около 3 млрд лет (для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 млрд лет). В 1968 году для окончательного выбора места бурения была создана Кольская геологоразведочная экспедиция сверхглубокого бурения (Кольская ГРЭ) под руководством Д. М. Губермана. Собственно Кольская сверхглубокая скважина была заложена 24 мая 1970 года, в годовщину 100-летия со дня рождения В. Ленина.
Цели и задачи, поставленные при бурении СГ-3
Изучение глубинного строения никеленосного Печенгского комплекса и архейского кристаллического основания Балтийского щита в районе Кольского полуострова, выяснение особенностей проявления геологических процессов, включая процессы рудообразования. Выяснение геологической природы сейсмических границ раздела в континентальной земной коре и получение новых данных о тепловом режиме недр, глубинных водных растворах и газах. Получение максимально полной информации о вещественном составе горных пород и физическом их состоянии, вскрытие и изучение пограничной зоны между гранитным и базальтовым слоями земной коры. Усовершенствование имеющейся и создание новой техники и технологии сверхглубокого бурения, а также методов комплексных геофизических исследований пород и руд на больших глубинах.
Хроника бурения
Бурение началось 24 мая 1970 года. До глубины в бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. После этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины стал осыпаться с образованием каверн.
В результате буровую колонну заклинивало породой, и головка обрывалась при попытке подъёма. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента. Такие аварии случались неоднократно, поэтому бурение продолжалось в течение нескольких лет, а структура скважины получила облик кроны дерева со множеством ответвлений.
6 июня 1979 года скважина побила рекорд в , ранее принадлежавший нефтяной скважине Берта Роджерс (Оклахома). В лучшие годы на Кольской сверхглубокой скважине работало 16 исследовательских лабораторий, их курировал лично министр геологии СССР Александр Сидоренко.
В 1983 году пробурили и временно остановились — готовились к Международному геологическому конгрессу, который должен был проходить в 1984 году в Москве. 27 сентября 1984 года бурение было продолжено. При первом же спуске произошла авария — оборвалась буровая колонна. Бурение возобновили с глубины .
К 1990 году новое ответвление достигло глубины . Колонна снова оборвалась, и бурение было прекращено. В 1994 году бурение прекратили окончательно.
Из-за неравномерного разрушения пород, геологических неоднородностей и других причин ствол скважины искривлялся, и на максимальной глубине отклонение от вертикали устья скважины составило .
В 1991 году скважина была внесена в Книгу рекордов Гиннесса как наиболее глубокая в мире. По глубине она почти на 1200 м превзошла самую глубокую естественную впадину Земли — Марианский жёлоб (глубина приблизительно 11022 м).
Буровая установка Сначала бурение велось серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», которую применяют для бурения скважин при поиске и разведке месторождений нефти и газа. С глубины бурение продолжили установкой «Уралмаш-15000».
В числе особенностей, вобравших передовой опыт бурения глубоких скважин: Буровая колонна ниже была собрана трубами из лёгких алюминиевых сплавов (стальная просто разорвалась бы от своего веса). Масса колонны — около . Турбобур — турбина длиной , действующая от давления бурового раствора, вращает буровую коронку (долото). Керноприёмник — съёмная труба внутри турбобура, служащая для забора образцов породы (керна).
Использовались обычные буровые коронки из твёрдого сплава. Одна коронка служит приблизительно , за это время удаётся пробурить 7—10 метров. На спуск и подъём колонны уходит до . При этом колонна разбирается на секции из нескольких труб.
Секретность СГ-3 имела статус секретного объекта, поскольку находилась в пограничной зоне, по соседству со стратегическими месторождениями полезных ископаемых, а кроме того, СССР охранял свой научный приоритет в исследовании литосферы. Однако уже в начале 1970-х годов буровую посетил один из руководителей Академии наук Чехословакии. В 1975 году о Кольской сверхглубокой в газете «Правда» написал министр геологии Александр Сидоренко. В 1984 году в Москве проходил Всемирный геологический конгресс и приуроченная к нему выставка, на которой один из стендов освещал СГ-3. После конгресса в посёлок Заполярный приехала международная делегация геологов и журналистов, которым показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб, керны, буровые головки.
Текущее состояние История бурения скважины неразрывно связана с историей функционирования научно-производственного центра при скважине, поскольку буровая установка была частью комплекса зданий этого исследовательского учреждения. После 1991 года исследовательский центр начал приходить в упадок. Официально бурение было остановлено в 1992 году. К 1995 году финансирование работ почти полностью прекратилось. Вместо 500 человек в 1980-х годах, по штатному расписанию на апрель 2008 года в НПЦ «Кольская сверхглубокая» числилось 20 человек. В том же 2008 году решением главы управления Росимущества по Мурманской области научно-производственный центр при скважине ликвидирован «ввиду нерентабельности», в течение нескольких месяцев после этого комплекс зданий НПЦ при скважине был окончательно заброшен, оборудование демонтировано, началось разворовывание металла, разрушение построек. Линия электропередачи, ведущая к скважине, также была демонтирована.
Состояние на 2010 год, по комментариям директора Геологического института Кольского научного центра РАН: скважина законсервирована и постепенно разрушается. Стоимость восстановления — около ста миллионов рублей. По его же мнению, на данный момент можно восстановить научную аппаратуру и открыть институт для обучения специалистов по шельфовому бурению.
По состоянию на 2013 год формальным правопреемником научно-производственного центра при Кольской сверхглубокой скважине являлось базирующееся в Ярославле АО «НПЦ Недра».
В августе 2022 года волонтёры экологического проекта «Чистая Арктика» провели уборку возле устья скважины. Площадку с подъездной дорожкой освободили от строительного и бытового мусора, после чего засыпали песком.
Исследования
Хотя ожидалось, что будет обнаружена ярко выраженная граница между гранитами и базальтами, в керне по всей глубине обнаруживались только граниты. Однако за счёт высокого давления и повышенной температуры у гранитов сильно менялись физические свойства.
Как правило, поднятый керн рассыпался от активного газовыделения в шлам, так как не выдерживал резкой смены давлений. Вынуть прочный кусок керна удавалось только при очень медленном подъёме бурового снаряда, когда «излишний» газ, находясь ещё в поджатом до большого давления состоянии, успевал выходить из породы.
Густота трещин на большой глубине, вопреки ожиданиям, увеличивалась. На глубине присутствовала также вода, заполнявшая трещины.
Исследователи выделили в скважине 12 уровней, различаемых по физическим свойствам. Более глубокие уровни, как правило, обладали более высокой изотропией (однородностью). На средних уровнях высокая анизотропия позволила предположить тектоническую активность слоёв.
Хотя в процессе исследования было получено много ценнейших сведений о земных недрах, результаты оказались во многом неожиданны, и на их основании не возникло чёткого понимания природы земной мантии и сущности поверхности Мохоровичича.
На пятикилометровой глубине окружающая температура превысила , на семи — , а на глубине датчики зафиксировали .