汶川地震科钻探秘
2010-06-08 15:02:06 阅读9 评论0 字号：大中小
| 探秘汶川地震科学钻 |
| 【2010-01-12 来源：国土资源网 作者：罗会江 胡彦殊】 |
| “你现在就站在龙门山断裂带上。”四川地矿局403地质队副队长尤建武提醒记者。 记者此刻正站在一条小河沟旁，它从山上一路蜿蜒流下，粗看和其他地方没有什么两样，只是河中的一块黑色石头在四周褐色的沙石中显得十分突兀，尤建武说，这便是断层“岀露”的地方。 这些“岀露”的石头泄露了关于汶川大地震原本埋藏在地下的秘密。它们为地质专家寻找进入断裂带地下世界的大门充当了指路标的角色。就在这条不起眼的小河沟上游附近，一项耗资巨大、意义深远的探秘汶川地震的科学钻探工程正在进行。 龙门山断裂带有三条断层带，四个科学深钻将获取一系列重要地震信息科学证据 沿着河沟，汽车一路上行。10分钟后，一个耸立的绿色钻探棚映入眼帘，钻塔棚布上悬挂着巨大条幅——汶川地震科学钻探。 随行的地质专家告诉记者，龙门山断裂带内主要有三条断层带，从北西向南东走向分别为，沿汶川—茂县的龙门山后山断裂带、沿映秀—北川的龙门山中央主断裂带、沿都江堰—安县的龙门山山前主边界断裂带。汶川地震科学钻探就是通过钻深井的方式，深入到这些断裂带的内部，获取地震愈合和破裂期地震摩擦热、渗透性、流体作用、应力状态等重要科学证据，还可通过在钻孔中安放仪器监测地应力等地震信息变化。它被国际地学界认为是研究地震机制和监测地震变化趋势的有效方法。 “5·12”汶川特大地震发生后不久，地质专家们就开始了野外调查，最终在都江堰、绵竹等地确定了4个钻井位置。目前，1号孔已经终孔，正在进行2号、3号孔的钻探。尤建武的人马带领钻探的是3号孔的先导孔。 3号孔先导孔的施工工地在河沟的旁边。这是一块并不宽敞、但与周围山体相比还算平坦的地方。一个24米高的铁架中央，是一根碗口粗的钻杆。这项工程在平面上的工作面也就不过直径100多毫米的孔，它的“大气”不是在平面延展开来，而是朝地下纵深推进的，这从钻井的深度可见一斑——同样由403队钻探完成的1号孔，深度为1200米，正在进行的2号孔，深度预计将达到2000米，3号孔设计深度为1200米，而尚未动工的4号孔预计钻探深度将达到3000米。 地震钻的功能不仅仅是获取岩心，还要对地应力所产生的变化进行实时观测 403地质队工程师杨明奇熟练地将钻杆内管一分为二，埋藏在地底的岩心揭开神秘的面纱。圆筒状的岩心呈黑色。对于杨明奇来说，这些黑色的石头就是他的宝贝儿：“它们和研究地震有关，这是关乎千万人性命的天大的事，来不得半点马虎。”杨明奇的眼中充满了欣喜，但动作却轻微至极，仿佛怕惊动了这些已经沉睡多年的岩心的美梦。接下来，它们被xx标明每段来自的地层深度，然后按顺序整齐地摆放在一起，不久后，它们将被送往“科钻中心”的实验室。 地震钻的功能并不仅仅是取岩心。打孔成功后，技术人员就可以将一根附有小杠杆、小滑轮、小弹簧等各种仪器的铁棒深入孔内，与孔壁接触，通过各种弹簧与岩体连为一体，从而实现对地下岩体受力所产生的变化进行实时观测。这些特殊功能将地震钻与之前进行的其他钻探严格区别开来。 据介绍，在江苏曾进行的大陆科学钻探工程深入地下5公里多，成为我国有史以来最深的科学钻井，但它更多是以研究地质构造为主。而我国用于了解地应力状态的井，最深只有400多米，并且都不是在活断层上进行的。此时在龙门山断裂带进行的钻探是新中国成立以来，首次针对地震发震断裂带实施的科学钻探工程。 科学钻探不同于生产钻探，保证数据的准确性是关键，这些都对钻探施工带来更高要求 尤建武告诉记者，钻井一直都是403地质队的强项，打1000多米的深井根本不在话下。但在刚开始钻深度也只有1000多米的1号孔的时，遇到了意想不到的麻烦。 403地质队以前的钻井主要为矿产开采服务，所采岩心主要用来做成分实验，但这次地震钻采取的岩心主要是为了分析地应力，进行的是结构实验，这一巨大的变化给打钻提出了高出一大截的要求。 由于地应力的原因，常常使得钻进受阻、卡钻。而这种情况在科学家们看来却是高兴的事，因为只有研究地应力的变化才有价值。因此，当一些岩心被取出后放在地上，就像活体一样发生膨胀等变化，尤建武说大家非常兴奋。但无疑这给钻进增加了不少难度。 尽管以前和现在的钻井都会遇到孔壁坍塌的风险，但对处理方式的要求就xx不一样了。以前探矿打孔，主要用低固相泥浆、套管或水泥浇筑护壁，不但快捷而且花钱少，但对于地震钻，在未进行井下物探测井之前，套管、水泥浆隔离破碎带护壁措施均被严格禁止，因为一旦用套管水泥浇筑护壁，其原有的物探测井无法获得真实的实验数据。“如果塌了，就只有重新来过，保证数据的准确性是关键。”尤建武说。 由于要进行结构实验，因此对岩心的结构完整性要求很高。以前从普遍内管取岩心的方法在退心时直接敲打外壁，使岩心掉出来，这无疑会对其结构的完整造成损坏。这次地震钻将原来闭合的内管替换成了半合的，它可以拆成两半，这样自然可以方便完整地取出岩心，但对于施工来说却带来了极大的风险，这种半合管相对较软，容易出现变形，这在异常狭窄的空间中是致命的，因为它很可能导致“卡管”而无法将其取出，大大降低了钻进效率。 为了解决孔壁坍塌以及缩径的问题，施工队伍决定给有坍塌可能的区段穿上一层“钢衣”加以保护。所谓钢衣就是沿着孔壁安一根套管，对孔壁起到一个支护的作用。由于整体都比较破碎，所以不会只有某一个部位需要穿“钢衣”，杨明奇说，尽管设计时就会根据对地下结构的判断设计好套管的口径、长度，但往往情况会超出预先的设计，一些原本没有穿“钢衣”计划的位置也需要穿“钢衣”，这时候麻烦就出现了，新增的套管无法通过上一级套管，因此只能将所有的套管全部取出，待重新将孔全部扩大后再依大小顺序依次将套管放下。 地震科学钻探叩响了未知地下世界的大门 先导孔只是为正式钻探3号孔“探路”，因此设计并不深，只有400米。尤建武原以为有了1号孔的钻探经验，3号孔的先导孔应该比较轻松。事实上开始的时候进展也的确比较顺利。然而出现的断层并不像地质学家们期望的那样全面。 根据地学研究需要，3号先导孔得到钻孔加深的方案调整。于是不得不决定继续再向下钻进100多米。 “地下的事谁也说不清”，与大地打了几十年交道的尤建武说，最初达到设计深度然而没出现预期断层的时候颇有些无奈。麻烦首先来自于破碎的岩石在破碎的岩石中很难形成稳定的孔壁，随时有坍塌的可能，同时孔内涌出的水量也比较大，也加速了孔壁的坍塌。除此之外，另外的麻烦来自于地应力的“骚扰”，杨明奇说，这里的地应力远远超过了常规的水平，原本已经打好的孔，由于地应力的作用，出现“缩径”，变小，于是不得不再次将其扩大，而且需要反复进行。 尤建武说，继续钻探会带来许多新问题：可能出现忽软忽硬的地层，在不同的地层需要采用不同的钻头，它带来的直接影响是更换钻头将更加频繁。而多更换一次，提下钻通常要花几个小时甚至10多个小时时间，随着钻井越来越深，其提钻的难度也不断加大。更坏的情况是发生“卡钻”。尤建武说，当时他们想到两种解决办法，一利用现有的能力处理事故，二是在原处不能继续前进就绕道走——偏离一定的角度。利用专用的定向钻探偏出新孔，继续钻进。最坏的结果是钻孔报废，这是谁都不愿看到的结果。 一切都是未知数，边钻探边解决问题。2009年12月14日，3号先导孔深度达到551.54米时，地质学家们预期的那种全面的断层终于出现了，取得的岩心也证实了预期的设想。 2009年12月15日，汶川地震断裂带科学钻探3号孔正式开钻。杨明奇感到欣慰的是，他们打的先导孔为3号孔的正式开钻提供了科学依据：包括设计深度1200米和3号孔的孔径都大了一倍。 地震科学钻探还在继续，工钻杆反反复复地进退，一次次叩响未知地下世界的大门。 |
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