探訪我國首艘大洋鉆探船“夢想”號
我們賴以生存的地球由地核、地幔和地殼組成，很久以來，人類的活動和探索僅限于地殼的表層。堅硬的地殼之下，蘊藏著怎樣的奧秘？前段時間，自然資源部中國地質調查局宣布，我國首艘大洋鉆探船—“夢想”號首次試航各項指標滿足或優(yōu)于設計，試航取得圓滿成功，意味著我國距離探秘萬米洋底更進一步。
我國首艘大洋鉆探船——“夢想”號試航。廣州海洋地質調查局 供圖
大洋鉆探被譽為海洋科技領域的“皇冠”，是深海探測領域難度最高、挑戰(zhàn)最大、最為關鍵的核心能力，是海洋大國的實力象征。隨著“夢想”號大洋鉆探船的試航與服役，我國發(fā)起并引領的大洋鉆探國際大科學計劃將得到有力支撐，“深海進入、深海探測、深海開發(fā)”的能力也將不斷提升。
大洋鉆探船的主要功能是什么，它能到達地下多少米？設計建造這樣的國之重器，有哪些攻堅克難的故事？一起走近我國首艘大洋鉆探船。
承載“打穿莫霍面、進入上地幔”的科學夢想，向海底11000米發(fā)出中國強音
正如“夢想”號的名字所示，“打穿莫霍面、進入上地?！笔菑氖逻@一領域探索的科學家們最渴望實現(xiàn)的夢想，也是這艘大洋鉆探船最引人關注的一點。
莫霍面是什么？人類為什么要鉆透它、研究它？
“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，相當于蛋殼和蛋清之間的蛋殼膜?！睆V州海洋地質調查局高級工程師任穎芝介紹，莫霍面是距離人類生活最近的全球性分界面，對人類生存影響很大，莫霍面下層的地幔是探究地震、火山活動等重要地質過程的關鍵，也是地球物質循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。打穿莫霍面，對于深入了解地球內部的物質組成、結構、物化性質、演化規(guī)律等具有重要意義，對于地震預測、礦產資源勘探等領域也有重要的應用價值。
半個多世紀以來，科學大洋鉆探在全球各大洋鉆井數千口，所取得的科學成果驗證了板塊構造理論，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”……而在漫長的科研歷程中，“打穿莫霍面、進入上地?！边@一夢想都未曾實現(xiàn)。記者了解到，深地巖石的密度和溫度會隨著鉆探深度增加而上升，因此鉆孔深度越深，鉆探技術難度越大、成本越高。
3月4日，我國首口設計井深超萬米的科學探索井——中國石油塔里木油田深地塔科1井鉆探深度突破了1萬米，為保障國家能源資源安全、深入探索地球內部結構和演化規(guī)律提供了有力支撐。這口陸地鉆井雖然打到了萬米，但距離莫霍面依然有一定距離。
在海上鉆透地殼，會比在陸地上更容易嗎？“深海海底是離地球內部最近的地方，多數情況下，洋殼的厚度為5000至8000米，如果能在大洋上實施鉆探，會大大增加打穿莫霍面的幾率。因此，我們要到海上去打，可以說大洋鉆探是打穿莫霍面的最佳途徑。”任穎芝表示。
“夢想”號總噸約33000，總長179.8米、型寬32.8米，續(xù)航力15000海里，穩(wěn)性和結構強度按16級臺風海況安全要求設計，具備全球海域無限航區(qū)作業(yè)能力和海域11000米的鉆探能力。這意味著，從海上鉆穿莫霍面到達地幔的科學夢想有了實現(xiàn)的可能。
“夢想”號試航期間，監(jiān)造組檢查船舶動力系統(tǒng)運行情況。 廣州海洋地質調查局 供圖
“一般的科考船不具備在深海大洋實施深鉆的能力，僅能通過搭載的設備進行感知式探測或者對近海底及淺部地層進行取樣觀察。”任穎芝介紹，與其他科考船相比，“夢想”號大洋鉆探船能夠在水深數千米的海底實施鉆探，進入海底地層中獲取巖心樣品，實現(xiàn)直接觀察，開展物理化學等分析，掌握一手的深部實物資料數據，是目前進入海底深部取樣的唯一手段。該船將為海洋能源資源勘查開發(fā)提供重要裝備保障，進一步提高我國能源自主保障能力。
配備全球面積最大、功能最全的船載實驗室，具備油氣鉆探和大洋科學鉆探兩大作業(yè)模式
上天、入地、下海，是人類向自然極限發(fā)出的挑戰(zhàn)，近半個世紀以來，人類對于深海研究的投入越來越大，大洋鉆探船就是其中之一。業(yè)內人士把大洋鉆探船比作深海研究中的“航空母艦”，在國際合作的研究中，誰擁有大洋鉆探船，誰就擁有主導權和話語權。
夢想”號駕駛臺上的推進器操縱桿。廣州海洋地質調查局 供圖
目前，全球在役的大洋鉆探船有兩艘。作為后起之秀，中國的“夢想”號不僅在鉆探設計深度上是世界之最，還建有全球面積最大、功能最全的船載實驗室。
“船載實驗室包括固定實驗室區(qū)域加移動實驗室區(qū)域，總面積超過了3000平方米，是目前全球面積最大的海上移動實驗室，裝配各種精密實驗儀器超過150臺（套）?！睆V州海洋地質調查局“夢想”號監(jiān)造組相關負責人向記者介紹，“夢想”號配備了包括基礎地質、古地磁、無機地球化學、有機地球化學、微生物、海洋科學、天然氣水合物、地球物理、鉆探技術在內的9大功能實驗室。其中，基礎地質實驗室擁有微體古生物、巖石礦物、沉積學、巖心數字化等方面的研究功能。
被稱為“海洋藏寶閣”的中國大洋鉆探巖心庫目前已存放大量海洋巖心樣品。
廣州海洋地質調查局 供圖
“我們還配套建有世界一流的磁屏蔽室及超凈實驗間，可以進行精準的、誤差極小的磁學實驗和生物、化學等實驗?！毕嚓P負責人表示，船上還首次配置了船載巖心自動傳輸儲存系統(tǒng)，實行“船—岸”一體的信息化智能管理，通過全船超25000個監(jiān)控點，可實現(xiàn)鉆采作業(yè)全過程監(jiān)測、科學實驗智能協(xié)同。
按照“小噸位、多功能、模塊化”的設計建造理念，“夢想”號開展了56項關鍵技術攻關，突破了水動力性能綜合優(yōu)化、作業(yè)系統(tǒng)模塊布置等10余項關鍵技術，實現(xiàn)了多項國際首次、首創(chuàng)。比如，“夢想”號具有油氣鉆探和大洋科學鉆探兩大作業(yè)模式，其中深水無隔水管泥漿循環(huán)系統(tǒng)由我國自主研制，在該領域實現(xiàn)了從無到有的突破。
“夢想”號還在環(huán)保節(jié)能方面下了不小功夫。作為一艘“混動”綠色船舶，“夢想”號在全球首次同時應用了最新一代30兆瓦閉環(huán)環(huán)網電站和電池蓄能技術，船舶經濟性和可靠性大幅提升，節(jié)約能耗超過15%。深海鉆探時鉆頭會產生大量的熱量和碎屑，對海洋環(huán)境造成一定影響，針對這一問題，“夢想”號配備了一款全球首創(chuàng)的泥漿自循環(huán)系統(tǒng)，可以在把碎屑帶上來的同時實現(xiàn)循環(huán)利用，既綠色環(huán)保還能節(jié)省成本，一舉兩得。
匯集150余家參建單位的心血智慧，鉆探保障船、碼頭、巖心庫提供岸基支持
2023年12月3日，經過通宵奮戰(zhàn)，“夢想”號大洋鉆探船伸縮推試驗成功。早上八點半，鉆探船靠回碼頭，連夜奮戰(zhàn)的輪機長鹿擎梁繼續(xù)參加監(jiān)造組每周例會，下午又飛往上海參加重要裝置設備的出廠驗收試驗。對于已經連續(xù)工作了兩天一夜的他來說，這樣的奔波已成為家常便飯。
“夢想”號大洋鉆探船是黨中央部署的一項重大科技創(chuàng)新工程，組織建造這樣的國之重器，背后的困難可想而知。從2020年啟動建設到2023年首次試航成功，“夢想”號設計及建造過程匯集了150余家參建單位科技工作人員的智慧。
我國首次建成的深水科考碼頭之一——位于廣州的南部碼頭，可為“夢想”號運營提供強大岸基支持。
廣州海洋地質調查局 供圖
在啟動之初，面對首制船的無先例可循以及諸多設計、建造難點，項目建設曾一度陷入困境，船舶建造進度嚴重滯后。我國首艘大洋鉆探船還能如期下水嗎？
困境之中，廣州海洋地質調查局抽調精干力量成立項目部、船舶監(jiān)造組和紀律監(jiān)督組，組成了一支初始35人的鉆探船監(jiān)造團隊。如何讓眾多參研參建單位的優(yōu)勢力量在黨的旗幟下團結成“一塊堅硬的鋼鐵”，加快實現(xiàn)鉆探船項目建設目標，是首先要解決的難題。
廣州海洋地質調查局“夢想”號監(jiān)造組相關負責人表示，局黨委、紀委突出黨建引領，牽頭成立大洋鉆探船項目黨支部，將中國地質調查局相關部室和各駐廠參研參建單位作為支部共建單位納入黨支部，共享參建單位在基本建設、重大項目管理等方面的信息、政策和協(xié)同優(yōu)勢。推進陽光造船行動，壓實船舶監(jiān)造組黨支部、船舶管理處、支部紀檢委員、駐廠專職監(jiān)督員四級監(jiān)督責任體系的責任，監(jiān)督解決一批急難愁盼問題，統(tǒng)籌推進鉆探船生產設計、設備采購和連續(xù)建造，順利達成項目進度、質量、廉潔目標。
要順利開展深海鉆探，除了建設好“夢想”號，完備的配套設施和強大的岸基支持也必不可少。據了解，為“夢想”號開展深海鉆探配套的鉆探保障船、碼頭、巖心庫均已建成并投入使用，運行情況良好。
“其中，鉆探保障船——‘海洋地質二號’具備伴隨‘夢想’號進行全球航行作業(yè)的能力，可提供物資補給、人員輪換、海上消防及救援等保障服務。它還可完成環(huán)境評價、地質取樣、物探調查、錨系作業(yè)、近海底地形調查等海洋科考調查作業(yè)?！毕嚓P負責人表示，除此之外，還在廣州、青島分別配套建有南部碼頭、北部碼頭，也是我國首次建成的深水科考碼頭，可為“夢想”號運營提供強大岸基支持。
從深海開采出來的巖心是開展海洋研究的重要材料，可以幫助科學家探究海洋環(huán)境演化、解讀地球內部奧秘?！皦粝搿碧柎笱筱@探船正式運營后獲取的大量巖心樣品，將被存放于“海洋藏寶閣”——中國大洋鉆探巖心庫。
“大洋鉆探巖心庫擁有常溫、+4度、-20度、-80度和-196度的五級溫度儲存條件，可滿足不同樣品儲存需求，是全球儲存能力最大的大洋鉆探巖心庫。同時，它配備了全生命周期的巖心管理系統(tǒng)，具有巖心儲存、分析測試、科學研究、合作交流、共享服務等功能。也就是說，我們能做到從海底取出巖心樣品到測試分析出準確數據的全過程服務?！毕嚓P負責人表示。
目前，“夢想”號大洋鉆探船已順利轉入調試階段，將進行多項關鍵設備的安裝和調試，預計在今年正式建成投用，將帶著我們向海洋強國的宏偉征途邁進。
