11月17日，我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來賀信，表示熱烈祝賀。

這艘名為“夢想”號的船，究竟承載了多大的夢想？自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局“夢想”號指揮部主要負(fù)責(zé)人周昶在接受《中國報道》記者專訪時表示，該船是國家“十四五”重大科技創(chuàng)新工程，作為保障國家能源資源安全的大國重器、支撐海洋強(qiáng)國建設(shè)的核心利器，這艘船設(shè)計之初就是奔著“鉆穿地殼，進(jìn)入地球深部”的夢想去的。未來這艘船上的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，可能會讓人類對地球的認(rèn)知發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。

打開“地心之門”

“夢想”號的夢想，來自人類最樸素的探索地球的愿望。

1909年，克羅地亞的地震學(xué)家莫霍洛維奇意外發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)部存在一個不連續(xù)界面，穿過這一界面，地震波的縱波和橫波傳播速度跳躍性增加。后來，這一界面被命名為“莫霍面”，作為地殼與地幔的分界。

長久以來，關(guān)于地幔和莫霍面的科學(xué)猜想有很多，包括地幔浮力面理論、地幔柱假說以及地幔異常體猜想等。這些學(xué)說一直都無法被驗(yàn)證，因?yàn)槿祟愖钌畹你@井記錄在陸上已經(jīng)超過10000米深，但只是向地心鉆進(jìn)了一點(diǎn)點(diǎn)，從未真正到達(dá)莫霍面。

地幔究竟是不是由固態(tài)但能夠緩慢流動的巖石組成？洋中脊的形成與地幔究竟有何關(guān)系？更深的地下究竟有什么？這些問題依然懸在科學(xué)界上空。

一些毫無依據(jù)的故事也開始被口口相傳。由蘇聯(lián)科學(xué)家主導(dǎo)的科拉超深鉆孔工程，是世界上第一個超越萬米的人造超深鉆孔，該項目開始于1970年，1990年因鉆柱脫落而停止，鉆孔深度達(dá)12262米。多年來始終有流言稱，當(dāng)鉆探深入地下12千米的地方時，科學(xué)家們從井下聽到了類似人類的慘叫聲，認(rèn)為科拉超深鉆孔開啟了“地獄之門”。

科拉超深鉆孔項目與冷戰(zhàn)幾乎同一時間結(jié)束，但人們對地殼深處的好奇沒有消失。莫霍面在大陸之下約30—40千米處，如果把地球比作一個帶殼的雞蛋，莫霍面就是在蛋殼（地殼）和蛋清（地幔）之間的薄膜，而現(xiàn)在的陸上鉆井，連雞蛋殼都沒鉆破。

那么如果在地殼比較薄的海洋上打呢？10千米的鉆井在陸上遠(yuǎn)不能觸及莫霍面，但放在海洋，情況則完全不同。海洋的地殼比大陸更薄，莫霍面在大洋之下約6—7千米處，深海海底是最貼近地球內(nèi)部的地方，如果將陸地的鉆探能力應(yīng)用到海洋，會大大增加打穿莫霍面的概率，因此，科學(xué)家們開始將目光轉(zhuǎn)向大洋。

20世紀(jì)50年代末，美國啟動了“莫霍計劃”（Project Mohole），該計劃的目標(biāo)就體現(xiàn)在名字中——鉆透莫霍面，揭開地幔的秘密。該計劃其中一處科學(xué)鉆孔，在加利福尼亞州圣迭戈南部水深3600米海域，向下鉆了183米。但由于實(shí)施該計劃的技術(shù)難度大且費(fèi)用高昂，1966年8月美國國會投票否決了對該計劃的撥款預(yù)算，計劃宣告終止。

但美國的深海探索并沒有就此止步。1968年，美國國家科學(xué)基金會提供1260萬美元開啟了深海鉆探計劃（Deep Sea Drilling Program，簡稱DSDP），實(shí)質(zhì)上就是將耗資不菲的鉆探玄武巖的“莫霍計劃”，改變?yōu)殂@探較淺的深海沉積層。

從1968年至1983年，DSDP通過96個航次、624個站位的鉆探，證明了60年代地學(xué)界疑信參半的板塊理論海底擴(kuò)張假說，還帶來了一系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這一計劃的成功，吸引了其他國家的注意。蘇聯(lián)、英國、德國、日本先后加入該計劃，大洋鉆探開啟了大范圍的國際合作。該計劃后歷經(jīng)國際大洋鉆探計劃（ODP，1985—2003）、綜合大洋鉆探計劃（IODP，2003—2013）和國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP，2013—2023）3個階段，已成為引領(lǐng)當(dāng)代國際深海探索的科技平臺。

從“參與者”到“主導(dǎo)者”

多年來，通過大洋鉆探計劃，人類發(fā)現(xiàn)，地中海600萬年前一度干枯成了曬鹽場，北冰洋曾經(jīng)是個暖溫帶的淡水湖，在高壓低溫的深海也有“深部生物圈”、海底還存在著天然氣水合物（可燃冰）……

這些開創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都離不開大洋鉆探船，對深海鉆探而言，大洋鉆探船不僅是人類通往地心的“鑰匙”，也是深海研究的“利器”，誰有船，誰就更有主導(dǎo)權(quán)。

國際大洋鉆探計劃建立以來，擔(dān)任核心組織角色的一直是美國。美國最開始使用的是“格洛瑪·挑戰(zhàn)者”號，1978—1985年，美國將一艘石油勘探船改裝為大洋鉆探船，名為“喬迪斯·決心號”（以下簡稱“決心”號），專門服務(wù)于1985年啟動的國際大洋鉆探計劃（ODP），這條船后來也成為國際大洋鉆探的主力船。

20世紀(jì)90年代，日本為提升深海研究的國際影響力，決定建造新一代大洋鉆探船，2002年“地球”號下水，這條5.7萬噸的大洋鉆探船比美國“決心”號大5倍，而且在鉆探深度上能力更大。隨著“地球”號問世，2003年啟動的綜合大洋鉆探計劃（IODP）也出現(xiàn)了美、日共同主導(dǎo)的局面，歐洲多國作為聯(lián)合體加入。

我國作為大洋鉆探的“新兵”，于1998年加入ODP，這些年一直活躍在大洋鉆探領(lǐng)域，并不斷加大相應(yīng)的科研投入。2004年我國加入IODP，年付會費(fèi)100萬美元。2013年10月，我國加入IODP第二階段（2013—2023），并大幅提高資助強(qiáng)度，除了每年支付300萬美元會費(fèi)，還以匹配經(jīng)費(fèi)的形式資助IODP（2013—2023）的航次，在IODP（2013—2023）運(yùn)行的前4年，為其提供了3000萬美元的資助，成為僅次于美、日和歐洲的第四大資助方。

截至2021年6月，在IODP框架下，中國組織國際科學(xué)家團(tuán)隊在南海成功實(shí)施三個IODP航次。其中，在南海北部海域鉆探12個站位，總?cè)⌒?100余米，獲得大量珍貴的沉積物和玄武巖巖心樣品。其中在南海3800米水深最深站位，成功向海底以下鉆進(jìn)1500多米，是大洋鉆探歷史上第八深站位。

而IODP規(guī)定，大洋鉆探獲得的巖心，雖然向全世界科學(xué)家開放，但是需要儲存在IODP三個專門的巖心庫管理，這三個巖心庫分別位于美國得克薩斯農(nóng)工大學(xué)、德國不來梅大學(xué)和日本高知大學(xué)。依據(jù)IODP的區(qū)域劃分，南海站位所取得的巖心，需要儲存在日本高知大學(xué)巖心庫。

“也就是說，我們花千萬美金打到的巖心，需要放在日本的巖心庫。”周昶告訴記者，建造中國自己的大洋鉆探船，就是避免受制于人。

現(xiàn)階段的IODP已于2024年9月結(jié)束，“決心”號也于今年9月正式退役，歐洲和日本正在組織發(fā)起歐日主導(dǎo)的新一輪國際大洋鉆探計劃，繼續(xù)憑借日本“地球”號鉆探船和歐洲“特定任務(wù)平臺”（根據(jù)不同的科學(xué)目標(biāo)租船）在全球組織航次。

日本“地球”號是立管鉆探船，船體巨大、運(yùn)行費(fèi)用高昂，再加上目前的技術(shù)限制，最深孔徑只打到3000多米處，能否勝任鉆至莫霍面的要求，還有待未來檢驗(yàn)。

“夢想”號的入列，不僅意味著中國將與美國、日本、歐洲一樣具備自主組織航次的實(shí)力，為中國發(fā)起新一輪國際大洋鉆探提供重要裝備技術(shù)保障。更意味著，最大鉆深可達(dá)11000米的“夢想”號，有望助力全球科學(xué)家實(shí)現(xiàn)“打穿地殼，進(jìn)入地球深部”的科學(xué)夢想?！啊畨粝搿柕?1000米，是實(shí)實(shí)在在把11000米的海水和沉積物打上來?！敝荜普f。

鉆探能力最強(qiáng)

周昶介紹，作為全球第三個自主設(shè)計建造大洋鉆探船的國家，“夢想”號不僅凝聚了“中國智慧”，更集合了全球最先進(jìn)的技術(shù)方案和產(chǎn)品?！啊畨粝搿柺悄壳叭蜚@探能力最強(qiáng)、科研實(shí)驗(yàn)功能最全、智能化水平最高、綜合運(yùn)維成本最低的超深水鉆探科考船。”周昶說。

相比日本的“地球”號，“夢想”號噸位不算大，但功能卻非常齊全，真正以“小噸位”實(shí)現(xiàn)“多功能”。

在設(shè)計上，“夢想”號于國際上首次集成大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等多種功能于一體，具備4種鉆探模式，包括用于海洋油氣開采的傳統(tǒng)隔水管模式、用于天然氣水合物勘探的輕型隔水管模式、用于大洋鉆探（水深最高可達(dá)8000米）的無隔水管模式，以及更為環(huán)保的深水無隔水管閉式循環(huán)模式（RMR）。

“這相當(dāng)于把油氣勘探船和大洋鉆探船兩艘船合二為一，既能鉆油，又能鉆探巖石取心?！敝荜票硎荆@種設(shè)計此前沒有先例可參考，是完全屬于中國的理念創(chuàng)新。

據(jù)介紹，由我國自主研發(fā)的RMR之所以更環(huán)保，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)深海鉆探，鉆頭會產(chǎn)生大量的熱量和碎屑，需要向鉆孔內(nèi)注入泥漿降溫并保持孔徑清潔，一般大洋鉆探會在鉆探結(jié)束后將泥漿直接排海，并舍棄鉆探中產(chǎn)生的碎屑，對海洋造成污染。RMR配置了專門的泥漿循環(huán)管線，通過水下泵將泥漿抽回到船上，經(jīng)過濾等處理，實(shí)現(xiàn)泥漿的循環(huán)利用，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)海底零排放，還降低了鉆探成本。更重要的是，通過RMR，“夢想”號可以收集斷裂帶上破碎的巖心，通過回流管，將這些破碎的巖心帶回地面。

“這些破碎的巖心也是非常寶貴的地質(zhì)信息?！敝荜普f，“夢想”號的鉆探技術(shù)是爭取做到不舍棄每一寸地質(zhì)信息。

為滿足4種鉆探模式的作業(yè)條件，“夢想”號經(jīng)過反復(fù)迭代優(yōu)化，專門設(shè)計了新型連體式雙月池，一般科考船只有一個月池，雙月池設(shè)計不僅可以適應(yīng)多種勘探、科考任務(wù)，還比傳統(tǒng)單月池減少了航行阻力。

作為大洋鉆探船，核心在“鉆”。“夢想”號研制了全球首臺兼具油氣勘探和巖心鉆取功能的液壓舉升鉆機(jī)，裝機(jī)功率小、能耗低，而且鉆探效率高、補(bǔ)償能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快，可顯著提高綜合鉆探能力。周昶介紹，在鉆采效率上，相較傳統(tǒng)鉆機(jī)，“夢想”號鉆機(jī)在速度和硬巖的鉆井效率方面均有大幅度提升。

這些只是“夢想”號技術(shù)突破的一角。從2020年5月完成初步設(shè)計、2021年啟動建造至今，“夢想”號突破了10大類50余項關(guān)鍵核心技術(shù)，取得了130項發(fā)明專利，是150多家科研單位、3000多名建設(shè)者用心血與汗水鑄造而成的重大科技裝置。

帶著科研成果下船

“一般科考船帶回來的是數(shù)據(jù)，而‘夢想’號可以直接帶回來成果?！敝荜浦赃@么說，是因?yàn)椤皦粝搿碧柵鋫淞巳蛎娣e最大、功能最全、流程最優(yōu)的“海上移動實(shí)驗(yàn)室”。

為了滿足各種大洋科考需求，“夢想”號上建有總面積超過3000平方米的九大實(shí)驗(yàn)室，面積比“地球”號增加了三分之一，可滿足基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無機(jī)地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、微生物、海洋科學(xué)、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術(shù)等海洋全學(xué)科實(shí)時研究需求?！盎竞w了海洋研究的各類學(xué)科?！敝荜普f。

“最值得關(guān)注的是微生物實(shí)驗(yàn)室和古地磁實(shí)驗(yàn)室?！敝荜平榻B道，這兩個船載實(shí)驗(yàn)室達(dá)到了全球領(lǐng)先水平。其中，微生物實(shí)驗(yàn)室潔凈度達(dá)萬級；古地磁實(shí)驗(yàn)室平均磁場小于150納特，磁屏蔽效果超越“地球”號。

古地磁是深海沉積物年代的“指南針”，通過測定沉積物中的剩磁強(qiáng)度，可以推出沉積物的大致年代。要知道，在實(shí)驗(yàn)室外是平均5萬—6萬納特的地磁場，該實(shí)驗(yàn)室屏蔽了99%以上的地磁場干擾，大大提升了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在智能化水平上，周昶向記者模擬了科考隊員上船后的情景。隊員上船后，人臉信息便會登記在后臺，每人配備一塊健康手表，監(jiān)測基本的健康數(shù)據(jù)。隊員身體出現(xiàn)異樣后，如在船上無法解決，可直接在船上進(jìn)行線上會診，以判斷是否需要回岸治療。

周昶告訴記者，“夢想”號鉆井系統(tǒng)基本可實(shí)現(xiàn)無人化操作?！吨袊鴪蟮馈酚浾叩谴蟀l(fā)現(xiàn)，在月池所在的甲板，安裝有直接通往實(shí)驗(yàn)室的滑軌?！皦粝搿碧柵渲糜腥蚴滋状d巖心自動傳輸存儲系統(tǒng)，巖心自海底取出后，可通過智能運(yùn)輸系統(tǒng)，直接運(yùn)進(jìn)船載實(shí)驗(yàn)室。

此外，船上可實(shí)時匯聚分析20000余個監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)智能監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)智能協(xié)同、健康智能保障、船岸智能融合。

時至今日，人類的“莫霍之夢”尚未實(shí)現(xiàn)，但人類對地殼的認(rèn)知已大不相同。除了“莫霍之夢”，“夢想”號還可以有其他夢想，能源的二次革命可能就是其中一個。

有猜測指出，南海6000米海盆下，蛇紋巖通過水巖反應(yīng)可能產(chǎn)生大量氫氣。周昶表示，這些科學(xué)推斷令人興奮，但仍需要大洋鉆探船去一一驗(yàn)證。

在“夢想”號加持下，中國大洋鉆探的探索步伐也將更加堅定。同時，11000米的鉆探不可能一蹴而就，需要漫長的探索和嘗試。