地球的历史记录在岩石中,当我们通过钻探的手段获取一段段圆柱形的岩石样品(也就是岩芯),并将其编码装箱储存在特定地点,我们就像是拥有了地球的史书和珍藏地球史书的图书馆。岩芯根据地质勘查工作或地质工程的需要,科研人员使用环状岩芯钻头及其他取芯工具,向地下从孔内取出的圆柱状岩石样品。岩芯还被誉为“深入地球内部的望远镜”,获取岩芯是深入了解地下矿产资源特征最直观、最实际的途径。
岩芯承载着大量重要的地球系统科学信息,在研究地壳内部结构和物质组成、探究地球形成与演化、解决全球性或区域性地球系统科学难题或重大地质问题、破解与人类生存相关的能源资源环境问题等方面发挥着突出作用,也为深部成矿理论和技术方法研究提供必要的实物和数据基础。
获取岩芯要面临高地应力、高温、高压三大难题。
首先可能会遇到各种各样的地层和复杂情况,如地应力集中、地层压力异常、地层破碎、地层蠕变、高矿化度(高密度)等,复杂的地质条件可能导致钻井事故和钻进效率降低等不利后果。此外地球内部的高温高压问题也对钻井器材是极大的考验。随着钻探的深入,地下空间中温度和压力迅速增大,一般来说,每下探100米温度就上升3°C。
不仅如此,钻机钻进过程中也会因摩擦产生额外的热量,即便有钻井液的降温润滑作用,也会因能量堆积对钻杆产生极大的影响。此外,因深度加深,地层压力体系更加复杂,超长的钻杆柱本身的重量就有极大的应力,而钻杆柱还要承受钻进施工中的拉伸、压缩、弯曲、扭矩等复杂载荷的作用,不可预见因素多,给井身结构设计带来极大的难度,所以在钻探之前还需要花费大量资金研发特殊的钻探器材。
国内外岩芯钻探大比拼中,大洋钻探和大陆钻探的发展历程展示了人类对地球深部探索的逐步深入。由于大洋地壳平均厚度只有7千米,而大陆地壳平均厚度为33千米,所以人类选择先从较薄的大洋地壳钻探开始,逐步开展大陆钻探计划。
这些计划的实施从开始单一科学目标,逐步演化为综合性的科学目标,使得我们对海底扩张和板块运动深层次原因,以及深部生物圈、气候变化、海底石油、可燃冰等能源资源的热点前沿科学问题有了更多的认识、理解和实践,也为海洋生态环境保护、开发提供了更加科学的依据。
岩芯的价值在于其蕴含的科学信息,因此要对岩芯进行科学描述,同时对于采集的岩芯要妥善保存,这就好比建设一个地球历史的图书馆。
岩芯不仅具有很高的科研价值,而且获取过程也消耗大量的人力、物力,因此需要妥善保管。首先要按照《地质勘查钻探岩矿芯管理通则》(DZ/T 0032-92)的要求,将获取的岩芯自上而下地按顺序及时、准确地放入一定尺寸的岩芯箱内,进行编号,确保从钻井提取上来的岩芯记录完整、准确、岩芯真实有效等,并赋予“岩芯ID”,关联所有与之对应的岩芯段位信息,使得岩芯成为“有身份的人”。