造一艘中國人自己的大洋鉆探船

地球，這顆藍(lán)色星球，從地殼、地幔到地核，由淺及深，深藏著無數(shù)秘密和未解之謎。至今，人類的活動和科學(xué)探索僅能到達(dá)地殼表層。而位于更深部的地幔，是探究地震、火山活動等重要地質(zhì)過程的關(guān)鍵，也是地球物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，但人類探測還從未直接觸及。

自從地殼與地幔之間的分界面——莫霍面被發(fā)現(xiàn)以來，20世紀(jì)50年代后期，科學(xué)家們就夢想打一口超深的鉆井，一直打到莫霍面，看看原位的地幔長什么樣。由于莫霍面出現(xiàn)的深度在大陸之下30千米～40千米，而在大洋之下僅6千米～7千米。因此，鉆探莫霍面的最佳地點在大洋。

半個多世紀(jì)以來，國際上開展了幾百個大洋鉆探計劃航次，我國由于沒有自己的大洋鉆探裝備，只能購買“船票”，才能參與其中。向海圖強，逐夢深藍(lán)。中國迫切需要一艘屬于自己的大洋鉆探船。

“夢想”號大洋鉆探船總長179.8米、寬32.8米，排水量42 600噸，由國家發(fā)展改革委、自然資源部申報立項，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)具體組織實施，聯(lián)合中國船舶集團等多家單位完成設(shè)計建造任務(wù)。2017年底“夢想”號建造從立項進(jìn)入可研階段，2020年5月完成初步設(shè)計，2021年11月啟動建造，2024年10月完成綜合海試。

“我們采取了‘小噸位、多功能、模塊化’的設(shè)計理念，確?？茖W(xué)可持續(xù)建設(shè)?！薄皦粝搿碧柨傇O(shè)計師張海彬介紹，借助“模塊化”設(shè)計理念，多項世界級技術(shù)難題被攻克，以“小噸位”實現(xiàn)“多功能”，在國際上首次創(chuàng)新集成大洋科學(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。經(jīng)兩輪海試驗證，“夢想”號主要性能指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計要求，取得多項重大突破，構(gòu)建起我國自主的超深水鉆探裝備設(shè)計建造技術(shù)體系。

據(jù)悉，“夢想”號入列前，世界上只有兩艘深海鉆探船，分別是日本的“地球”號和美國的“決心”號，前者2005年建成，曾創(chuàng)下在水深6 883.5米的海底鉆探856.5米，實現(xiàn)7 740米世界最深海底鉆探紀(jì)錄；后者1985年入列，證實了海底擴張和板塊構(gòu)造理論，還擁有深海天然氣水合物、地中海鹽化和侏羅紀(jì)恐龍滅絕原因等科研發(fā)現(xiàn)。

建一座海上移動的“國家實驗室”

“深鉆、深潛、深網(wǎng)，被認(rèn)為是深海探測的主要手段。深鉆指的就是大洋鉆探，通過鉆獲地球深部的巖心，解讀其蘊含的科學(xué)信息，探索地球深部的奧秘?！弊匀毁Y源部中國地質(zhì)調(diào)查局“夢想”號指揮部主要負(fù)責(zé)人周昶介紹，“夢想”號入列后的一個重要功能，就是為全球科學(xué)家開展大洋鉆探研究提供重大平臺支撐。

究竟什么樣的“神兵利器”能實現(xiàn)“打穿地殼，進(jìn)入地球深部”的科學(xué)夢想？

“幾年間，我們?nèi)チ撕芏鄧鴥?nèi)油田，走訪多家裝備企業(yè)，從石油天然氣勘探開發(fā)、天然氣水合物勘查試采，到大陸科學(xué)鉆探……一項一項，逐步摸清系統(tǒng)原理和設(shè)備配置，完成鉆采系統(tǒng)作業(yè)能力論證，聯(lián)合設(shè)計單位開發(fā)國內(nèi)第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆探船型。”“夢想”號鉆采系統(tǒng)負(fù)責(zé)人馮起贈表示，“夢想”號的鉆采系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

“夢想”號能夠在水深數(shù)千米的海底實施鉆探，進(jìn)入海底地層獲取巖心樣品，實現(xiàn)直接觀察、分析測試和科學(xué)研究。在技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備集成的支撐下，“夢想”號具備海域11 000米的鉆探能力。

“夢想”號堪稱海上的移動“國家實驗室”。船上建有基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無機地球化學(xué)、有機地球化學(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9個實驗室，總面積超3 000平方米，裝配各種精密實驗儀器超過150臺（套）。

“夢想”號配備了世界一流的磁屏蔽室、潔凈等級達(dá)萬級的地質(zhì)微生物潔凈間和全球首套船載巖心自動傳輸存儲系統(tǒng)，可滿足多學(xué)科綜合研究要求，一些實驗條件比陸地上的實驗室還好。在實驗室的流程優(yōu)化上，巖心出心與實驗室被設(shè)計在同一傳輸層，并通過裝備實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)運?？梢哉f，深鉆獲得的深海巖心一出水，就可以快速被傳送到船上實驗室，方便科學(xué)家切割、采樣、實驗，開展研究。為了保證未來船上實驗功能的進(jìn)一步拓展，還專門預(yù)留了實驗室升級拓展空間和公用系統(tǒng)接口。

廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局研究員孫珍介紹，設(shè)計建造團隊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，集成4種鉆采作業(yè)模式和3種取心方式，綜合鉆探效率、硬巖鉆進(jìn)能力較傳統(tǒng)電驅(qū)鉆機提升40%以上，可實現(xiàn)不同地層和巖體持續(xù)鉆進(jìn)取心，最大鉆深可達(dá)萬米。其中，深水無隔水管泥漿循環(huán)系統(tǒng)（RMR）也是我國自主研發(fā)的驕傲，這種作業(yè)方式泥漿不排海，可實現(xiàn)海底零排放，同時降低鉆探成本。

圓一個國際合作的深海夢

有了“夢想”號，我們能做什么？面向重大科技前沿，推動地球系統(tǒng)科學(xué)變革是我們的首要目標(biāo)。

具體而言，“夢想”號具備萬米以下的鉆探能力，令科學(xué)家看到了“打穿莫霍面，直達(dá)上地幔”的希望。屆時，隨著國家重大科技項目和國際大科學(xué)計劃的實施，大洋鉆探深度不斷推進(jìn)，科學(xué)家將能更好地回答地球內(nèi)部是如何運行、地球生命是如何產(chǎn)生、地球磁場倒轉(zhuǎn)的原因是什么等重要科學(xué)問題。目前，深鉆是唯一能夠進(jìn)入地球深部獲得直接證據(jù)的手段。因此，“夢想”號也將助力科學(xué)界在多圈層上和多學(xué)科上研究范式的變革。

作為大洋鉆探科考船，“夢想”號也將服務(wù)于國家“雙碳”戰(zhàn)略和防災(zāi)減災(zāi)。例如，在二氧化碳海洋地質(zhì)的碳封存研究方面，以往缺乏技術(shù)裝備來取得相應(yīng)的深海樣品，如今這艘船具備了相應(yīng)的采樣能力。而在研究地震、海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害歷史記錄方面，“夢想”號也將發(fā)揮重大作用。

“‘夢想’號還能夠帶動相關(guān)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，助力制造強國建設(shè)?！睂O珍指出，在具體實施科考計劃中，科學(xué)家們將面臨許多諸如高溫高壓等極端環(huán)境的考驗。這將推動鉆頭、鉆桿等新材料的研發(fā)，加快井口裝置設(shè)備國產(chǎn)化替代，使得海工裝備制造升級，同時也會推動水下信息通信裝備的技術(shù)進(jìn)步。

向海圖強的夢想，還需要國內(nèi)外科學(xué)家的共同努力，加快研究提出并實施科學(xué)計劃與任務(wù)。

半個多世紀(jì)以來，科學(xué)大洋鉆探在全球各大洋鉆井?dāng)?shù)千口，取得的科學(xué)成果驗證了板塊構(gòu)造理論，揭示了氣候演變的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)海底深部生物圈和可燃冰，而“打穿莫霍面，進(jìn)入上地?！边@一夢想還未曾實現(xiàn)。

“地球就像一個帶殼的雞蛋：‘蛋殼’是地殼，‘蛋清’是地幔，‘蛋黃’是地核，地殼和地幔之間的分界面就是莫霍面?！敝袊茖W(xué)院院士朱日祥介紹，打穿莫霍面，對于深入了解地球內(nèi)部的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)、演化規(guī)律等具有重要意義，也能在地震預(yù)測、礦產(chǎn)資源勘探等領(lǐng)域發(fā)揮出重要的應(yīng)用價值。

隨著“夢想”號正式入列，我國將和美國、日本和歐洲一樣具備自主組織航次的實力，從而在國際大洋鉆探中發(fā)揮更重要的作用。孫珍介紹，目前我國正在發(fā)起自己主導(dǎo)的國際大洋鉆探計劃，未來將通過“夢想”號自主組織航次，與歐洲和日本主導(dǎo)的國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）進(jìn)行合作。

延伸閱讀 院士談“夢想”號

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1999年，我第一次跟隨汪品先院士登上美國“決心”號大洋鉆探船，參加國際大洋鉆探航次。記得當(dāng)時，中國作為國際大洋鉆探的參與成員，一年要支付50萬美元的會費。后來，這個費用漲到300萬美元。就算這樣，由于中國沒有自己的科學(xué)鉆探船，我們在船上參與鉆探研究，多數(shù)情況下也只能跟著人家走。

可喜的是，如今中國終于有了自己的大洋鉆探船，我深感自豪。我是搞海洋地質(zhì)的，以前做這方面的研究，使用的科考船與“夢想”號相比，幾乎就是“小舢板”。我欣喜地看到，這條船不僅能夠進(jìn)行科學(xué)鉆探，還配有無人遙控潛水器等裝備系統(tǒng)，是一艘多功能的科學(xué)鉆探船，能力上已經(jīng)達(dá)到世界一流。在穩(wěn)定性上，這艘船非常優(yōu)越，船上的科研、住宿甚至餐飲條件，都能夠給科學(xué)家提供一個安心、舒適的環(huán)境，有助于科學(xué)家更好地專注于科學(xué)研究。

中國科學(xué)院院士、地質(zhì)學(xué)家王成善：既是巨大機遇也是挑戰(zhàn)

“夢想”號的建成并入列，令我感到非常振奮。我們有了一艘能夠?qū)崿F(xiàn)地球科學(xué)家夢想的國之重器。

船上配備有4種不同的鉆井作業(yè)模式和3種取心方式，更有深達(dá)11 000米的鉆井能力，資源勘探與科學(xué)考察并行設(shè)計，能夠滿足大洋科學(xué)鉆探、天然氣水合物勘查試采、海洋油氣勘探和深遠(yuǎn)?？茖W(xué)考察等多種需求。利用這些先進(jìn)的能力，我們能不能打穿莫霍面，進(jìn)入上地幔，改變地球科學(xué)史？這對我們而言，既是巨大的機遇，也是挑戰(zhàn)。

我認(rèn)為，要實現(xiàn)這個重要的目標(biāo)，解決全球性的科學(xué)問題，應(yīng)當(dāng)盡快建立把技術(shù)、硬件優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成科學(xué)優(yōu)勢的全球共商機制，通過對話、共商的模式，凝聚共識，共享發(fā)展成果，最終形成全球認(rèn)可和積極參與的科學(xué)規(guī)劃。