Loading article…
ドイツ大陸深部掘削計画（ドイツ語: Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland 、直訳:「ドイツ連邦共和国の大陸深部掘削計画」 ）は、 KTB掘削孔と略され、 1987年から1995年にかけてバイエルン州ヴィンディシェシェンバッハ近郊で実施された科学掘削プロジェクトである。主要な超深部掘削孔は、地球の大陸地殻で9,101メートル（29,859フィート）の深さに達した。
連邦研究省は、このプロジェクトに5億2800万ドイツマルク （2億7000万ユーロ）の資金を提供した。ニーダーザクセン州のLBEG鉱業局（州鉱業・エネルギー・地質局）がプロジェクトを主導した。掘削プロジェクト終了後、ドイツ地球科学研究センターは掘削孔を利用して深部地震観測所（Tiefenobservatorium）を設置し、1996年から2001年まで稼働させた。この場所で使用された掘削櫓は世界最大級のもので、現在もそのまま残っており、観光名所となっている。2つの掘削孔は、さらなる科学研究や機器・装置の現場試験のために開放されたままになっている。
1986年10月、ドイツ連邦共和国研究技術大臣（Bundesminister für Forschung und Technologie）のH・リーゼンフーバー氏は、ドイツ連邦共和国大陸深層掘削計画（KTB）の超深層掘削孔を、北バイエルン州オーバープファルツ地方に掘削することを正式に発表した。この場所は、ドイツ研究振興協会（DFG）の勧告に基づき、代替案として提案されていた黒い森地方の候補地を抑えて選ばれた。これらの勧告は、プロジェクト管理チームによる技術的および財政的リスクの評価に基づいていた。この候補地の勧告と選定に先立ち、1986年9月19日から21日にかけてゼーハイム/オーデンヴァルトで会議が開催された 。そこで、オーバープファルツ地方と黒い森地方の候補地調査の結果が発表され、議論された。会議と科学技術モデルおよび目標の評価直後、ドイツ研究振興協会（DFG）地球科学学際研究委員会の委員は、ほぼ満場一致でオーバープファルツの地点を選定した。DFG委員会は決定理由の中で、投票ではオーバープファルツの地点が有利となったものの、両地点とも多くの有益な研究目標を有しており、調査掘削に適した場所である可能性が高いことを強調した。
このプロジェクトでは、まずパイロット孔、次に本孔の 2 つの異なる孔を掘削しました。パイロット孔 (KTB Vorbohrung、KTB-VB) は 1987 年 9 月 22 日に掘削を開始し、1989 年 4 月 4 日に4,000 m (13,000 フィート)に達して完了しました。本孔 (KTB Hauptbohrung、KTB-HB) は、パイロット孔から約200 m (660 フィート)離れた場所で 1990 年 10 月 6 日に掘削を開始しました。1994年 10 月 21 日に、合計深度9,101 m (29,859 フィート)に達しました。 [ 1 ] [ 2 ]
KTBプロジェクトでは、掘削設計にいくつかの革新的な技術が用いられました。コラ半島での掘削実験では、このような深度まで掘削する際に垂直方向の不安定性によって摩擦が増大するという問題がありました。ドイツの科学者たちは、横方向のずれを最小限に抑えつつ方向を維持できる新しいドリルヘッドを設計しました。このドリルヘッドは、250～300 ℃（482～572 °F）の温度に耐えられるように設計されました。当初の予想では、この温度は深さ約10～14km （33,000～46,000フィート）で到達するとされていました。これが、オーバープファルツの地点が選ばれた理由でもあります。黒い森の地点は科学的には適していると考えられていましたが、温度勾配が大きいと予想されていました。しかし、オーバープファルツの地点では、かつての大陸プレートの境界にあると考えられ、地震波の独特な反射によって識別される深部にある塊であるエルベンドルフケルパーに到達することが期待されていました。
エルベンドルフケルパーには到達しなかったものの、KTB掘削は広く成功とみなされた。まず、温度上昇が予想をはるかに上回った。これにより、超深度掘削孔の温度勾配に関する理論の議論と再検討が行われた。他にも理論の変更が必要となった。大きな地殻圧力と高温によって変成岩が形成されると予想されていたが、予想外にも到達した深度では岩層は固くなく、大量の流体とガスが掘削孔に流れ込んだ。熱と流体の影響で岩石は動的な性質を示し、次の超深度掘削の計画方法を変更する必要が生じた。
KTBでの実験は興味深い結果をもたらした。初期の地震探査では、地表付近の記録とは大きく異なる記録が得られたため、地震波反射源に関する理論を見直す必要が生じた。このデータを用いることで、地表から発生した場合でも、深部からの反射波をより正確に解釈できるようになった。
最初の実験である「双極子-双極子実験」では、掘削孔周辺の電気伝導率を測定した。これにより、岩石を貫通する黒鉛の線が、十分な圧力がかかったときに岩石が滑ることを可能にしていることがわかった。2番目の実験は、岩石がひび割れ始めるように掘削孔に高圧をかける「統合水圧破砕/地震実験」であった。その結果生じた地震活動は、その地域の複数の観測点で測定された。結論は、全体的な圧力は南から来ており、アフリカプレートが作用しているということであった。3番目の実験である「流体/水圧試験」では、岩石に大量の流体を注入し、岩石が一般的に多孔質であることを証明した。[ 3 ]
これらの経験は、1996年に設立された後継プロジェクトである国際大陸科学掘削計画（ICDP）の基礎となった。KTBのドイツ人科学者たちは、サンアンドレアス断層深部観測掘削孔を担当した科学者および技術者チームと緊密に協力した。このプロジェクトは2002年から2007年にかけてカリフォルニアで実施され、KTBと同規模のものであった。