《山海經(jīng)》有言：“地之所載，六合之間，四海之內(nèi)……神靈所生，其物異形，或夭或壽，唯圣人能通其道。”海洋，無論對(duì)古人還是今人而言，都是一片秘境。那你可知道，在深邃的洋底還蘊(yùn)藏著豐富的寶藏？如何獲取這些寶藏？鉆探是最直接、最便捷的“法寶”。

何謂鉆探？簡(jiǎn)單來說，鉆探就是用一根特別長(zhǎng)而硬的空心管往地下鉆，鉆出一個(gè)井洞來，這樣就可以把地底下的土、石等物質(zhì)取出來，有了這些樣品，我們就可以了解地底下是何種狀況了。通常而言，鉆探可分為陸地鉆探與海洋鉆探。

大洋鉆探之“路”

大洋鉆探是為了研究洋殼結(jié)構(gòu)以及大洋底部的礦產(chǎn)所進(jìn)行的鉆探工程，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了深海鉆探計(jì)劃、大洋鉆探計(jì)劃、綜合大洋鉆探計(jì)劃和國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃四個(gè)階段。

1961年，由美國(guó)學(xué)者推動(dòng)的“莫霍計(jì)劃”，使用“卡斯1號(hào)”鉆井船，在墨西哥瓜德羅普島近海3558米水深處開發(fā)了5口深海鉆井?！翱ㄋ?號(hào)”鉆井船穿透了2500萬年的深海沉積層，并鉆取了厚度為13米的基底玄武巖。這是人類有史以來首次在深海海底打鉆成功，驗(yàn)證了一系列海洋鉆探技術(shù)的可行性，從此拉開了大洋鉆探的帷幕。

1967年，“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”應(yīng)運(yùn)而生，成為深海鉆探計(jì)劃的專用深海鉆探船，從此，它肩負(fù)著使命，開啟了征程。當(dāng)一艘大船孤獨(dú)地漂泊在茫茫大海中時(shí)，它如何完成任務(wù)？“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”鉆探船做到了，它裝備了先進(jìn)的動(dòng)力定位系統(tǒng)，可以在深不見底的海洋中找到合適的位置，把長(zhǎng)長(zhǎng)的鉆桿伸進(jìn)海里，鉆孔取芯。

“喬迪斯·決心號(hào)”大洋鉆探船由石油鉆探船改裝而來。1985年，隨著“喬迪斯·決心號(hào)”的試航，大洋鉆探計(jì)劃正式開始實(shí)施，我國(guó)也在1998年4月加入了該計(jì)劃。大洋鉆探計(jì)劃不僅進(jìn)一步驗(yàn)證了前期一些深海鉆探計(jì)劃中實(shí)現(xiàn)的科技突破，還解決了一些全新的科學(xué)問題。

到了2003年，帶著更宏大的目標(biāo)，大洋鉆探計(jì)劃正式轉(zhuǎn)入綜合大洋鉆探計(jì)劃。它就像一張大網(wǎng)，將全球更多的國(guó)家與科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合起來，一起探索海洋世界的奧秘。在這個(gè)階段中，由于美國(guó)財(cái)政預(yù)算的變化，“喬迪斯·決心號(hào)”重整行裝，再度啟程。2007年9月，新伙伴“地球號(hào)”也正式開始實(shí)施綜合大洋鉆探計(jì)劃，與“喬迪斯·決心號(hào)”并肩作戰(zhàn)。該計(jì)劃第一階段所完成的54個(gè)航次都取得了優(yōu)異的成績(jī)，甚至取得了突破性的進(jìn)展。

2013年開始的國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃基本延續(xù)了前一個(gè)階段的引領(lǐng)性研究軌跡，在科學(xué)研究上更注重地球內(nèi)部和表層的連接，強(qiáng)調(diào)關(guān)注海底災(zāi)害和人類活動(dòng)影響，繼續(xù)引領(lǐng)著未知的大洋鉆探事業(yè)向前發(fā)展，推動(dòng)著我們對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)。

大洋鉆探之“難”

大洋鉆探，需要把一根根鉆桿相互連接，鉆桿末端連著鉆頭，從海面深入海底，依靠鉆頭旋轉(zhuǎn)切削，最終將鉆取的巖芯樣本沿著鉆桿通道提取到海面上來。俗話說“上天容易入地難”，下海更比入地難。相較于陸地鉆井，海上鉆井不僅要受洋流、潮汐、海浪、海水的腐蝕等因素的影響，還要顧及船體自身的穩(wěn)定性，尤其是在更換鉆頭時(shí)，要重新對(duì)準(zhǔn)原鉆孔位置，這就好比是騎在飛馳的馬背上射中遠(yuǎn)方的微小目標(biāo)。要知道，海洋中水深每增加10米，壓力就會(huì)增大約1個(gè)大氣壓?？上攵趲浊咨畹暮５?，鉆探設(shè)備是頂著如何大的壓力了，任何一點(diǎn)小小的偏差，可能就會(huì)使鉆探設(shè)備“粉身碎骨”。再加上受海洋天氣的影響，或許前一秒還風(fēng)平浪靜，下一刻狂風(fēng)就掀起巨浪，鉆探平臺(tái)的命運(yùn)也在波濤洶涌的海浪中起起伏伏。如果說陸地鉆探是舞臺(tái)上的馬戲，那么大洋鉆探就是在鋼絲上的獨(dú)舞。除此以外，海洋環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)的傳輸受外界影響較大，科學(xué)家操控鉆探設(shè)備，指令卻無法及時(shí)傳達(dá)，鉆探工作就無法正常進(jìn)行。

水壓、海洋天氣、定位與通信等都是阻礙鉆探科研人員通關(guān)的“關(guān)卡”，海洋中的資源分布不均，鉆探科研人員如何能在高壓、低溫、高鹽度而又多變，甚至出現(xiàn)極端天氣的海洋環(huán)境下精確而高效地完成任務(wù)呢？

大洋鉆探之“術(shù)”

大洋鉆探所取得的科學(xué)成就，與各種各樣的技術(shù)應(yīng)用密不可分，主要包括鉆探船、鉆探和取芯技術(shù)、動(dòng)力定位技術(shù)以及測(cè)井技術(shù)等。

大洋鉆探，首先需要解決的就是如何準(zhǔn)確找到鉆探位置。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，現(xiàn)代大洋鉆探技術(shù)運(yùn)用了衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過多顆衛(wèi)星對(duì)鉆探船的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定位。

鉆探船之所以能在海上的鉆探作業(yè)點(diǎn)上不拋錨而保持靜止，且自始至終使船體保持在鉆孔的位置，是運(yùn)用了動(dòng)力定位技術(shù)。目前采用的鉆探技術(shù)通常可分為無隔水管鉆探與隔水管鉆探，前者只是單純地采用鉆桿、鉆頭等設(shè)備實(shí)施鉆探作業(yè)，后者則配備了隔水管系統(tǒng)進(jìn)行鉆探。鉆探的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，也會(huì)有巖屑在鉆井內(nèi)堆積，鉆井液可以吸收并帶走熱量，同樣也能將巖屑帶走。采用隔水管鉆探，鉆井液能夠攜帶巖屑經(jīng)過隔水管與鉆桿的環(huán)形空間返回鉆探船。而無隔水管鉆探產(chǎn)生的巖屑則是隨著海水或鉆井液在周圍環(huán)境中擴(kuò)散，或被特定裝置回收。值得一提的是，日本的“地球號(hào)”曾經(jīng)是世界上唯一的隔水鉆探船，如今我國(guó)的“夢(mèng)想號(hào)”后來居上，成為世界上唯一的“雙型”大洋鉆探船——既具備隔水管鉆探功能，又具有無水管鉆探功能。

此外，在鉆探技術(shù)中，還有一項(xiàng)重要的取芯技術(shù)。鉆得進(jìn)去，還得取得出來，靠的就是這項(xiàng)技術(shù)。取芯系統(tǒng)由取芯鉆頭、內(nèi)取芯管和外取芯管三部分組成。為了更好地“抱住”巖芯樣本，取芯鉆頭內(nèi)部是空心的，當(dāng)鉆頭切削巖石時(shí)，隨著鉆頭在巖層中的鉆進(jìn)，巖芯樣本就從取芯鉆頭中“壓”入到內(nèi)取芯管中。根據(jù)使用條件的不同，取芯工具也有很多，如超前式活塞取芯器、伸縮式取芯管和旋轉(zhuǎn)式取芯管等。

大洋鉆探之“夢(mèng)”

大洋鉆探船涉及定位與通信技術(shù)、鉆探技術(shù)、取芯技術(shù)等多項(xiàng)科技。定位與通信技術(shù)是科學(xué)家解決大洋鉆探中的定位與通信問題的利器，它是連通陸地與海洋的信息橋梁，讓大洋鉆探船在茫茫大海中不再孤獨(dú)。如果說海洋資源是寶藏，那么定位系統(tǒng)是尋寶羅盤，鉆探系統(tǒng)是打開寶藏的鑰匙，取芯系統(tǒng)就是伸向海底深處的長(zhǎng)臂。從美國(guó)的“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”和“喬迪斯·決心號(hào)”鉆探船，到日本的“地球號(hào)”鉆探船，再到我國(guó)的“夢(mèng)想號(hào)”鉆探船，大洋鉆探船確確實(shí)實(shí)是大洋鉆探的“神兵利器”??！

2023年11月17日，“夢(mèng)想號(hào)”鉆探船在廣州南沙正式建成入列，這是我國(guó)第一艘自主設(shè)計(jì)、制造的大洋鉆探船，也是目前我國(guó)最大噸位的科考船?！皦?mèng)想號(hào)”長(zhǎng)179.8米，寬32.8米，排水量為42600噸，在滿載180名船員的情況下可以連續(xù)在海上工作120天，具有全球海域無限航區(qū)的作業(yè)能力。

鉆深領(lǐng)域流傳著這樣一句話：“一萬米鉆深的難度堪比登月。”但“夢(mèng)想號(hào)”鉆探船的最大鉆深可達(dá)1.1萬米，可直探地球內(nèi)部的奧秘?！皦?mèng)想號(hào)”鉆探船的鉆采系統(tǒng)居國(guó)際領(lǐng)先地位，是全球首臺(tái)兼具油氣鉆探勘探和巖芯鉆取功能的液壓舉升鉆機(jī)，集成了4種鉆探模式和3種取芯方式，配備了先進(jìn)的定位系統(tǒng)，擁有多項(xiàng)“全球之最”的稱號(hào)。“夢(mèng)想號(hào)”鉆探船的“終極夢(mèng)想”就是要打穿地殼與地幔之間的莫霍面。

如今，“上九天攬?jiān)拢挛逖笞谨M”已不再是遙不可及的夢(mèng)想。雖然我國(guó)大洋鉆探事業(yè)起步雖晚，但是我們勇立潮頭、齊心奮楫，“夢(mèng)想號(hào)”鉆探船的正式建成入列標(biāo)志著我國(guó)深海建設(shè)邁出了重要的一步，也標(biāo)志著我國(guó)的大洋鉆探進(jìn)入了新階段。在不久的將來，我國(guó)的大洋鉆探事業(yè)必將探索更深的洋底，將人類的夢(mèng)想延伸到遠(yuǎn)方與深處！

致謝

感謝國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42177123、42042054）、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2023ZDKT03-102、2022ZX01）、全國(guó)煤炭行業(yè)高等教育教學(xué)改革研究課題項(xiàng)目（2021MXJG179）的支持。