毫米波技術(shù)為地球深部鉆探帶來突破*

劉文浩　編譯

(中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心， 蘭州730000)

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毫米波技術(shù)為地球深部鉆探帶來突破*

劉文浩※編譯

(中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心， 蘭州730000)

2016年4月12日， 麻省理工學(xué)院(Massachusettes Institute of Technology， MIT)官方網(wǎng)站報(bào)道了來自該校等離子體科學(xué)與融合中心(Plasma Science and Fusion Center ， PSFC)的研究人員利用回旋振蕩管開發(fā)出的一種新技術(shù)， 其利用毫米級射頻波穿透堅(jiān)硬的巖石， 使巖石融化、 蒸發(fā)。 該技術(shù)將不僅能加深對地殼鉆探的深度， 還可以對巖石成分進(jìn)行分析。 對于地球深部資源的勘探和開發(fā)具有重要意義。

地球深部具有豐富的地?zé)豳Y源， 其能量比全球1年所需的能量多200億倍。 此外， 還有大量貴金屬深埋地下， 地球深部還是存儲核廢料的理想之地， 有大量其他新資源等待探索， 但是， 穿過堅(jiān)硬的地殼巖石卻是探測、 利用這些資源的必要條件。 然而， 目前的鉆探技術(shù)存在許多局限， 鉆探往往十分昂貴， 因此很難有效獲取這些資源， 而且專家預(yù)測目前的鉆井技術(shù)不可能發(fā)生突破性的進(jìn)步以達(dá)到更深部， 實(shí)現(xiàn)更廉價的鉆探。 此外， 常規(guī)鉆探方式還存在一個很大的問題， 即鉆探深度不能超過9 km。

麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出的全新技術(shù)， 可以利用強(qiáng)大的毫米波資源產(chǎn)生比當(dāng)前鉆探技術(shù)高10倍以上的穿透能力， 并且更為廉價， 而且能夠產(chǎn)生其他研究價值。 此外， 這種技術(shù)還將有望突破鉆探深度限制， 實(shí)現(xiàn)鉆探至地殼以下10 km的目標(biāo)。 研究人員表示， 鉆井工程師可能會對不用泥漿的鉆探過程產(chǎn)生懷疑， 但是， 這種新技術(shù)擁有的回旋振蕩管的高溫將徹底地取代低溫泥漿的機(jī)械功能， 并且允許鉆孔機(jī)通過增壓蒸發(fā)或者代替熔融提取巖石物質(zhì)， 進(jìn)行詳細(xì)的巖石成分分析。 同時， 高溫熔化的巖石將密閉鉆井的井壁， 逐漸增加的高溫和高壓也能夠防止對這種密閉環(huán)境的破壞， 因?yàn)闇囟仍谝粋€狹小的體積內(nèi)增加， 會導(dǎo)致壓力的增大， 這樣使得鉆井機(jī)可以維持良好的鉆探過程， 達(dá)到比傳統(tǒng)技術(shù)更深的鉆探深度。

此外， 研究人員還表示， 這種技術(shù)的另外一個優(yōu)勢是， 鉆探的鉆桿不是圓形， 而是橢圓形。 這將形成一個基于長軸各向異性的橢圓孔， 從而克服了常規(guī)圓孔中不對稱力導(dǎo)致的鉆孔崩塌。 研究人員稱， 后期還將在墨西哥柯克蘭的空軍研究實(shí)驗(yàn)室( Air Force Research Lab， AFRL)進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)， 執(zhí)行比在麻省理工學(xué)院更高的實(shí)驗(yàn)功率， 并且研究巖石將如何被蒸發(fā)。

文獻(xiàn)來源： Rock， drill bit， microwave: Paul Woskov explores a new path through the Earth’s crust. (2016-04-12)[2016-04-20]. http:∥news.mit.edu/2016/paul-woskov-explores-new-path-through-earth-crust-0412

* 收稿日期：2016-05-04； 采用日期： 2016-05-12。

中圖分類號：P315；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：D；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.05.002

※通訊作者： 劉文浩， e-mail: liuwh@llas.ac.cn。