中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.101

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (01): 1-14.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.101

中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

邹长春¹(), 王成善²^,³, 彭诚¹, 伍操为¹, 高远²^,³

1.中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京 100083
2.中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室,北京 100083
3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083

收稿日期:2022-09-30 修回日期:2022-12-20 出版日期:2023-02-10 发布日期:2023-03-20
作者简介:邹长春,男,教授,博士生导师,1969年出生,地球物理与信息探测技术专业,主要从事岩石物理学、测井与井中物探和综合地球物理勘探等领域的教学和科研工作。Email: zoucc@cugb.edu.cn。
基金资助:
中国科学院和国家自然科学基金委员会联合资助项目“地球内部探测发展战略研究”(L1624024);国家自然科学基金委重大项目专题(41790455-1);中国地质调查局地质调查专项(12120113017600)

Development of the Chinese Continental Scientific Deep Drilling: Perspectives and Suggestions

ZOU Changchun¹(), WANG Chengshan²^,³, PENG Cheng¹, WU Caowei¹, GAO Yuan²^,³

1. School of Geophysics and Information Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3. School of the Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Received:2022-09-30 Revised:2022-12-20 Online:2023-02-10 Published:2023-03-20

摘要/Abstract

摘要：

科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000~15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。

关键词: 深部探测, 大陆科学钻探, 特深井, 地球物理测井, 发展战略

Abstract:

As the most direct and important method to detect the Earth’s deep interior, scientific drilling plays a key role in solving the strategic technological issue of deep Earth exploration. This study briefly reviews the development and current situation of domestic and international continental scientific drilling and deep drilling, and analyzes the characteristics and trends of continental scientific drilling development. We summarized the Chinese Continental Scientific Drilling, its key scientific and technological issues, as well as challenges and opportunities. Accordingly, we proposed the development goals, priorities and approaches of the Chinese Continental Scientific Drilling. Continental scientific deep drilling can provide a unique pathway for investigating global concerns in Earth sciences, such as geodynamic processes, geohazards, mineral and energy resources, and environmental changes. However, its implementation depth is constrained by ultra-high temperature and ultra-high pressure in harsh borehole environments. Modern scientific advances have promoted the development of various technologies in continental scientific drilling, which provide important support for ultra-deep and extra-deep drilling. The Chinese Continental Scientific Drilling should aim for 9,000-15,000 m extra-deep boreholes, focusing on scientific issues in the fields of ultra-deep, deep-time and deep-observation. Priority development directions can include deep Earth tectonics, deep-life, deep-climate, and deep-resources. The priority detection technologies can include those for drilling, logging, and long-term observation in ultra-high temperature-pressure environments. Priority should also be given to the experimental technique development for ultra-deep matter, dynamics processes, and petrophysics. This would promote a breakthrough in the capacity and level of Earth interior detection in China.

Key words: deep exploration, continental scientific drilling, extra-deep borehole, geophysical logging, deve-lopment strategy

中图分类号:

P631
P634

邹长春, 王成善, 彭诚, 伍操为, 高远. 中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 1-14.

ZOU Changchun, WANG Chengshan, PENG Cheng, WU Caowei, GAO Yuan. Development of the Chinese Continental Scientific Deep Drilling: Perspectives and Suggestions[J]. Geoscience, 2023, 37(01): 1-14.

图/表 7

参考文献 74

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序号	井名	井深(m)	完钻时间	地区	备注
1	Baden1井	9159	1972	美国,俄克拉荷马	世界第一口超深井
2	Rogers1井	9583	1974	美国,俄克拉荷马	当时最深井记录
3	SG-3井	12262	1989	俄罗斯,摩尔曼斯克	至今垂深最深记录
4	KTB主孔	9101	1994	德国,巴伐利亚
5	BD-04A井	12289	2008	卡塔尔,拉斯拉夫	大位移油井
6	Tiber探井	10685	2009	美国,休斯敦
7	Odoptu OP-11井	12345	2011	俄罗斯,库页岛	大位移油井
8	Z-44Chayvo井	12376	2012	俄罗斯,库页岛	大位移油井
9	UZ-688井	15240	2022	阿联酋,阿布扎比	目前世界最长油井
10	女基井	6011	1976	中国,四川广安	中国第一口超深井
11	关基井	7175	1978	中国,四川绵阳	中国第一口7000 m超深井
12	东海一井	5158	2005	中国,江苏东海	中国第一口科学深井
13	英深1井	7258	2005	中国,新疆喀什
14	马深1井	8418	2016	中国,四川巴中	当时亚洲第一超深钻井
15	松科二井	7018	2018	中国,黑龙江安达	亚洲最深科学钻井
16	蓬深6井	9026	2023	中国,四川绵阳	亚洲陆上最深直井

序号	井名	井深(m)	完钻时间	地区	备注
1	Baden1井	9159	1972	美国,俄克拉荷马	世界第一口超深井
2	Rogers1井	9583	1974	美国,俄克拉荷马	当时最深井记录
3	SG-3井	12262	1989	俄罗斯,摩尔曼斯克	至今垂深最深记录
4	KTB主孔	9101	1994	德国,巴伐利亚
5	BD-04A井	12289	2008	卡塔尔,拉斯拉夫	大位移油井
6	Tiber探井	10685	2009	美国,休斯敦
7	Odoptu OP-11井	12345	2011	俄罗斯,库页岛	大位移油井
8	Z-44Chayvo井	12376	2012	俄罗斯,库页岛	大位移油井
9	UZ-688井	15240	2022	阿联酋,阿布扎比	目前世界最长油井
10	女基井	6011	1976	中国,四川广安	中国第一口超深井
11	关基井	7175	1978	中国,四川绵阳	中国第一口7000 m超深井
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13	英深1井	7258	2005	中国,新疆喀什
14	马深1井	8418	2016	中国,四川巴中	当时亚洲第一超深钻井
15	松科二井	7018	2018	中国,黑龙江安达	亚洲最深科学钻井
16	蓬深6井	9026	2023	中国,四川绵阳	亚洲陆上最深直井

发展阶段	研究领域	研究主题
1996—2019年	气候及生态系统	古气候、深部生命、陨石撞击构造、火山
	可持续的地球资源	深部生命、火山、元素循环、板块边缘
	自然灾害	陨石撞击构造、火山、板块边缘、活动构造
2020—2030年	地质动力学过程	地壳地幔的演变过程、地球水圈-大气圈-生物圈的发展与循环、生命起源与环境演化
	地质灾害	地震、火山爆发、山体滑坡等自然灾害的成因机制、分级评价、防治方法
	地质资源	水资源、低碳能源、碳封存技术、低碳技术所需原材料的浓缩过程
	环境变化	地球过去的温室效应、地下生物圈在碳循环中的作用、古环境变化对人类发展迁移史的驱动作用、太古宙岩石对早期地球大气活动以及地表活动的记录

发展阶段	研究领域	研究主题
1996—2019年	气候及生态系统	古气候、深部生命、陨石撞击构造、火山
	可持续的地球资源	深部生命、火山、元素循环、板块边缘
	自然灾害	陨石撞击构造、火山、板块边缘、活动构造
2020—2030年	地质动力学过程	地壳地幔的演变过程、地球水圈-大气圈-生物圈的发展与循环、生命起源与环境演化
	地质灾害	地震、火山爆发、山体滑坡等自然灾害的成因机制、分级评价、防治方法
	地质资源	水资源、低碳能源、碳封存技术、低碳技术所需原材料的浓缩过程
	环境变化	地球过去的温室效应、地下生物圈在碳循环中的作用、古环境变化对人类发展迁移史的驱动作用、太古宙岩石对早期地球大气活动以及地表活动的记录

项目类别	项目	深度或装备耐温国际指标 (探孔或装备公司)	中国指标	中国技术水平
钻井	钻探深度	12262 m(SG-3井)	7018 m	国际前列
	钻机	15000 m(Uralmash-15000)	10000 m	国际前列
	高温钻头、钻杆	260 ℃(哈里伯顿)	241 ℃	国际前列
	钻井液	260 ℃(哈里伯顿)	241 ℃	国际前列
测井	常规测井	260 ℃(哈里伯顿)	241 ℃	引进
	成像测井	200 ℃(斯伦贝谢)	200 ℃	部分国产
	随钻测井	175 ℃(斯伦贝谢)	175 ℃	引进
长期观测	地震、温度、压力、应变等	150 ℃(SONDI、OYO GEOSPACE)	110 ℃	部分国产

中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

Development of the Chinese Continental Scientific Deep Drilling: Perspectives and Suggestions

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指标类别		发展阶段
指标类别		2021— 2025年	2026— 2030年	2031— 2040年
井深(m)		9000	13000	15000
装备耐温(℃)	高温钻头、钻杆	260	300	350
	钻井液	260	300	350
	测井	260	300	350
	井中长期观测	125	175	≥175

[1]	高秀鹤, 于长春, 李行素, 葛藤菲, 何敬梓. 深源矿致异常提取方法对比及应用: 以山东齐河—禹城地区航磁数据为例[J]. 现代地质, 2024, 38(01): 25-34.
[2]	杨正华, 朱光明, 周小伟. 中国大陆科学探井岩性的VSP地震特征分析[J]. 现代地质, 2009, 23(6): 1153-1159.
[3]	张红杰，潘和平，骆淼，李清松，赵卫平. 中国大陆科学钻探主孔100～2 000 m测井磁化率和磁三分量分析[J]. 现代地质, 2005, 19(4): 608-614.