作者：桂有鱼

审核：中石油技术研究院 总工程师 周英操

探索太空和在地上打洞哪个更难？答案是“上天难、入地亦难”。人类向太空发射的探测器，最远已经飞出了太阳系，离我们有两百多亿公里。而人类在地球上挖的最深的洞，还不到13公里。人类居住的地球的直径是12742公里，地球内部的最高温度为6000℃以上，地壳的平均厚度为17公里，世界最深的井仅仅是地球直径的千分之一。如果把地球比作一个苹果，至今还没有人咬破过这个苹果的外皮。

地壳示意图

为什么挖个洞这么难？动物不用工具就能打洞，我们人类有那么多挖掘机、打井机、钻机，为什么不能一直挖到地心去？其实，在地球上打洞这件事，难度可能超出你的想象。

智能钻井示意图

一个洞是怎么打出来的呢？我们生活中会见到各种各样的洞：装修的时候，工人要用电钻在墙上打洞；珍珠要想穿成项链，先要在上面钻个眼；当然还有今天人们用的地下水，也是通过在地上打一个洞得到的。这些大大小小的洞，不论大小，不论深浅，挖起来的基本原理都一样：找一个坚硬的钻头，不断旋转它，它就会把周围的材料切碎，打出一个和自己直径一样大的洞。

换句话说，打洞这项工作，原本应该竖直向下使劲，但是人类发挥自己的智慧，把它变成了一圈一圈地转动钻头。生活中许多看似不可能完成的任务，都是靠这种方式解决的。比如，一根五厘米长的钉子，要想徒手按进木头里，无论有多大的劲，也做不到；但如果加上一个螺旋形的红酒起子，只要用不太大的力气旋转它，就可以成功。给地球打洞，和把红酒起子拧进软木塞里，从基本原理上没有太大区别。

但话说回来，打一个一米的洞很容易，打一个一万米的洞可是难上加难。现在世界上最深的洞在俄罗斯的西北角，临近挪威，名字叫科拉超深钻孔，它的垂直深度有12262米。

打这样一个洞的难度在哪儿呢？

首先，它很长。打一口一万米的井，就意味着你需要一个一万米长的钻杆。这么长的钻杆即使能制造出来，谁能把它立在空中呢？科学家们想到一个办法：把钻杆做成一根一根，先挖一根钻杆的长度，然后再接一根新的钻杆，这样一边挖一边加长，直到把整口井钻完。

遇到的第二个问题是，随着洞越来越深，地下的水和岩石都会想把你刚钻出来的洞挤垮。这是因为，地底无时无刻不存在着压力，而且深度越深，压力越大。洞壁的岩石虽然坚硬，但在地底巨大的压力下，也会像豆腐一样被压碎。科学家们有两个办法来解决这个问题：一是在洞壁周围加一圈钢管和水泥，让它变得更坚固；二是在打洞的同时，不断往里灌泥浆，让井里也充满压力，就能和地底的岩石一决高下了。

不过，用钢管和水泥加固洞壁又带来了第三个问题：由于每一组新的钢管只能从已经在洞中的一组钢管中间穿过去，这个洞会越挖越细。这就决定了我们不可能无休止地打一个洞。科拉超深钻孔在地面上的直径有将近一米，到了井底，直径就只有不到一个脚掌的长度了。所以说，如果有人不幸掉进这个地球上最深的洞，他只能卡在洞的上部分，是没有办法掉到洞底的。

当然，挖这么深的洞，其难点不仅是上述那些，主要包括以下几点：一是特深井地质条件复杂，挖洞时间长、效率低，安全生产风险大。二是特深井普遍存在超高温达260℃、超高压达170兆帕，洞中所用的仪器及工具、泥浆、水泥浆及材料等面临严峻挑战。三是地层压力体系复杂，存在着井喷、漏失、井塌、卡钻等复杂事故风险。四是地层岩石坚硬难钻，钻井速度低，周期长。五是地层富含硫化氢、二氧化碳等高酸性流体，对钢管及水泥造成严重腐蚀。

科拉超深钻孔克服了上面提到的所有困难，但它仍然花了14年的时间。粗略计算，一天才打了两米多！这是因为大大小小的意外经常发生，不是钻杆断了，就是被碎石头卡住，要不就是水泥把井眼堵死了，每次这样的事故发生，就要把整个钻头提到地面再重新组装一次。如果发生一次严重到重新组装也没有办法挽回的事故，只能在原来的洞眼旁边又打了一个新洞。直到最后，科学家们也没有打到他们预定的深度，15公里以上，而是在12公里多一点的地方就被迫停工了。

要接着打下去可不可以呢？也不是不行，其实最大的阻碍还是太贵了。2010年，有科学家估计过，要把这个地球上最深的洞继续挖下去，至少还要花几十亿卢布。

虽然科拉超深钻孔停工了，人类探索地球的脚步却不会停止。已经有科学家计划着在海底打一个新洞，那里的地壳比陆地上薄得多，只要6千米就可以打穿。到那个时候，估计人类对地球的认识又会前进一大步。

来源: 科普中国

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