所謂“大洋鉆探”，簡(jiǎn)單說就是利用特殊的船搭載鉆探設(shè)備，從水深幾百米到幾千米的洋面上鉆進(jìn)海底數(shù)十米到數(shù)千米的深度取得樣品?！皦?mèng)想”號(hào)是由中國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的第一艘大洋鉆探船。

大洋鉆探

“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船，全長(zhǎng)179.8米，寬32.8米，排水量約42500噸。它的續(xù)航能力高達(dá)15000海里，船體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能抵御16級(jí)左右的臺(tái)風(fēng)。為了提升我國(guó)“深海進(jìn)入、深海探測(cè)、深海開發(fā)”的能力，“夢(mèng)想”號(hào)還具備了全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力和海域11000米的鉆探能力。

那么，“夢(mèng)想”號(hào)想要實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想究竟是什么呢？

若干年前，以板塊學(xué)說為標(biāo)志的地學(xué)革命開創(chuàng)了地球科學(xué)的新紀(jì)元，而大洋鉆探可以看成這場(chǎng)革命中的一面旗幟。因此，大洋鉆探船承載著我們“打穿莫霍面、進(jìn)入上地幔”的科學(xué)夢(mèng)想。

1999年，第一次由中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)主持的南海大洋鉆探成功完成。為了研究晚新生代東亞季風(fēng)的演化和變動(dòng)，這次大洋鉆探共在南海北部陸坡和南部海區(qū)打了5口深海鉆井；但是，這次大洋鉆探我們使用的是美國(guó)的“決心”號(hào)大洋鉆探船。該船建造于1978年，改造前是一艘石油勘探船，其排水量約1.82萬噸。同時(shí)，受客觀條件所限，這次科研活動(dòng)僅在約3000米水深的海底鉆進(jìn)幾百米，取回來的也僅僅只是“軟性”的沉積巖。

2003年，全球大洋鉆探計(jì)劃轉(zhuǎn)入綜合大洋鉆探計(jì)劃的新階段。

眾所周知，深海海底蘊(yùn)藏著極為豐富的資源，除了油氣資源外，還有錳結(jié)核、可燃冰等。更重要的是，我們對(duì)海底下的物質(zhì)構(gòu)成、地質(zhì)構(gòu)造、地殼運(yùn)動(dòng)等情況都還知之甚少。想要對(duì)它們進(jìn)行研究，必須得取樣，而大洋鉆探又是目前我們深入海底深部取樣的唯一手段。

因此，為了突破深海大洋研究這個(gè)在我國(guó)地球科學(xué)研究上的“瓶頸”，我國(guó)于2021年底開始建造首艘大洋鉆探船。2023年12月27日，被命名為“夢(mèng)想”號(hào)的我國(guó)首艘大洋鉆探船在珠江口海域順利完成首次試航。

鉆探難度

“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船縱橫馳騁于茫茫大海深處，它的作業(yè)點(diǎn)，也就是鉆井的地方海水深度一般都在數(shù)千米。那么，在波濤洶涌的海面上如何能夠維持船體的穩(wěn)定性，進(jìn)而滿足鉆探的需要呢？

首先，我們要知道在數(shù)千米深的海里，任何船舶在海面上都是無法拋錨?？康?。因?yàn)?，船舶的錨鏈以“節(jié)”為計(jì)量單位，每節(jié)大約27.5米。即便是錨鏈最長(zhǎng)的遠(yuǎn)洋海輪也不過12節(jié)，300多米，而普通民用船舶的錨鏈僅有100米左右。

遠(yuǎn)洋鉆探船為了維持自身穩(wěn)定，采用的是先將水下聲學(xué)定位信標(biāo)投擲到海底預(yù)定位置，以確定船體需要固定的地點(diǎn)。大洋鉆探船上有4個(gè)不同位置的水聽器拾取聲學(xué)信標(biāo)發(fā)出的聲音信號(hào)，再根據(jù)聲波到達(dá)4個(gè)水聽器的時(shí)間差完成三角測(cè)量，并確定保持船位不變所需的方向和距離；計(jì)算機(jī)再控制位于船體兩側(cè)的推進(jìn)器，把船按照指令進(jìn)行移動(dòng)。同時(shí)，由陀螺儀控制的搖滾穩(wěn)定裝置能夠?qū)⒋w控制在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

“任憑風(fēng)浪起，穩(wěn)坐釣魚船”，大致可以看作是工作中的大洋鉆探船和它所搭載的鉆探設(shè)備恰如其分地寫照。

“夢(mèng)想”號(hào)搭載了目前世界上最先進(jìn)的鉆探系統(tǒng)，其中我國(guó)自主研發(fā)的“深水無隔水管泥漿循環(huán)系統(tǒng)”更是實(shí)現(xiàn)了400米級(jí)RMR從0到1的突破。RMR是國(guó)際上一種巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)及分類方法，主要由巖塊強(qiáng)度、RQD值、節(jié)理間距、節(jié)理?xiàng)l件和地下水參數(shù)來綜合評(píng)估。

“深水無隔水管泥漿循環(huán)系統(tǒng)”簡(jiǎn)單地說，就是在鉆探時(shí)我們用于對(duì)鉆頭降溫的泥漿可以循環(huán)使用。當(dāng)泥漿把鉆頭處的熱量攜帶上來之后，我們對(duì)其進(jìn)行過濾后再注入鉆桿里。這樣做不僅能夠降低鉆探成本，同時(shí)也能通過分析從泥漿里過濾出來的物質(zhì)及時(shí)掌握地下鉆探的情況，從而減少或避免鉆探事故的發(fā)生。

鉆探成果

“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船是我國(guó)深海探測(cè)高新技術(shù)的集成，它上面建有總面積超3000平方米且功能齊全的船載實(shí)驗(yàn)室。包括基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無機(jī)地化、有機(jī)地化、微生物、海洋科學(xué)、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術(shù)九大實(shí)驗(yàn)室及世界一流的磁屏蔽室、超凈實(shí)驗(yàn)間等設(shè)施。

與之配套的是彈性網(wǎng)絡(luò)、云數(shù)據(jù)服務(wù)、綜合調(diào)度、作業(yè)監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室管理等系統(tǒng)組成的全球最先進(jìn)的科考船綜合信息化系統(tǒng)。通過船上的監(jiān)控點(diǎn)，科學(xué)家們能夠?qū)︺@采、科研進(jìn)行智能協(xié)同作業(yè)。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)“夢(mèng)想”號(hào)的鉆機(jī)采集到巖心之后，立即傳送到船上的實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家們一起研究這個(gè)數(shù)據(jù)并很快得出結(jié)論。

俗話說“一個(gè)好漢三個(gè)幫”，“夢(mèng)想”號(hào)也并不是孤軍深入，獨(dú)自完成大洋鉆探的任務(wù)。與之配套的還有“海洋地質(zhì)二號(hào)”鉆探保障船、南部和北部?jī)勺钏瓶即a頭及可儲(chǔ)存累計(jì)長(zhǎng)度45萬米巖心樣品的大洋鉆探巖心庫(kù)。

其實(shí)當(dāng)時(shí)在鉆探船上，科學(xué)家們就有不同意見。一部分認(rèn)為距今五六百萬年前地中海成了沙漠，海水蒸發(fā)的結(jié)果就是鉆探發(fā)現(xiàn)的石膏和巖鹽；另一部分則認(rèn)為當(dāng)時(shí)地中海并沒有變成沙漠，這些石膏、巖鹽只是因?yàn)樗疁\而產(chǎn)生的。這些爭(zhēng)論至今仍然沒有停止，只能期待以后的大洋鉆探結(jié)果給出定論了。

2004年，歐洲的大洋鉆探船在距離北極點(diǎn)250千米處開始鉆探。他們?cè)?300米深的海底僅鉆入400多米便發(fā)現(xiàn)巖心里有大量的真蕨植物“滿江紅”的孢子。這種小型浮水植物現(xiàn)在廣泛分布于我國(guó)南方的稻田里。因此，科學(xué)家們認(rèn)為5000萬年前，北冰洋還只是個(gè)亞熱帶的湖泊。

“夢(mèng)想”號(hào)要進(jìn)行的大洋科學(xué)鉆探，曾經(jīng)被稱為海洋科技領(lǐng)域的“皇冠”。2024年4月，“夢(mèng)想”號(hào)已進(jìn)入調(diào)試和內(nèi)裝階段。