“梦想”号入列！一艘船可以承载多大的梦想？

文摘 2024-11-20 17:36 北京

△ 图为“梦想”号。供图/中国地质调查局广州海洋地质调查局

11月17日，我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广州正式入列。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平发来贺信，表示热烈祝贺。

这艘名为“梦想”号的船，究竟承载了多大的梦想？自然资源部中国地质调查局“梦想”号指挥部主要负责人周昶在接受《中国报道》记者专访时表示，该船是国家“十四五”重大科技创新工程，作为保障国家能源资源安全的大国重器、支撑海洋强国建设的核心利器，这艘船设计之初就是奔着“钻穿地壳，进入地球深部”的梦想去的。未来这艘船上的科学发现，可能会让人类对地球的认知发生根本性转变。

打开“地心之门”

△ 图源/网络

“梦想”号的梦想，来自人类最朴素的探索地球的愿望。

1909年，克罗地亚的地震学家莫霍洛维奇意外发现，地球内部存在一个不连续界面，穿过这一界面，地震波的纵波和横波传播速度跳跃性增加。后来，这一界面被命名为“莫霍面”，作为地壳与地幔的分界。

长久以来，关于地幔和莫霍面的科学猜想有很多，包括地幔浮力面理论、地幔柱假说以及地幔异常体猜想等。这些学说一直都无法被验证，因为人类最深的钻井记录在陆上已经超过10000多米深，但只是向地心钻进了一点点，从未真正到达莫霍面。

地幔究竟是不是由固态但能够缓慢流动的岩石组成？洋中脊的形成与地幔究竟有何关系？更深的地下究竟有什么？这些问题依然悬在科学界上空。

一些毫无依据的故事也开始被口口相传。由前苏联科学家主导的科拉超深钻孔工程，是世界上第一个超越万米的人造超深钻孔，该项目开始于1970年，1990年因钻柱脱落而停止，钻孔深度达12262米。多年来始终有流言称，当钻探深入地下12千米的地方时，科学家们从井下听到了类似人类的惨叫声，认为科拉超深钻孔开启了“地狱之门”。

△ 位于科拉半岛的科拉超深钻孔。图源/网络

科拉超深钻孔项目与冷战几乎同一时间结束，但人们对地壳深处的好奇没有消失。莫霍面在大陆之下约30—40千米处，如果把地球比作一个带壳的鸡蛋，莫霍面就是在蛋壳（地壳）和蛋清（地幔）之间的薄膜，而现在的陆上钻井，连鸡蛋壳都没钻破。

那么如果在地壳比较薄的海洋上打呢？10千米的钻井在陆上远不能触及莫霍面，但放在海洋，情况则完全不同。海洋的地壳比大陆更薄，莫霍面在大洋之下约6—7千米处，深海海底是最贴近地球内部的地方，如果将陆地的钻探能力应用到海洋，会大大增加打穿莫霍面的几率，因此，科学家们开始将目光转向大洋。

20世纪50年代末，美国启动了“莫霍面钻探计划”（Mohole Drilling Project），该计划的目标就体现在名字中——钻透莫霍面，揭开地幔的秘密。该计划的第一口科学钻孔于1961年3月在地拉霍亚海岸附近施工，在水深948米的海底向下钻了315米。由于实施该计划的技术难度大且费用高昂，1966年8月美国国会投票否决了对该计划的拨款预算，计划宣告终止。

但美国的深海探索并没有就此止步。1968年，美国国家科学基金会提供1260万美元开启了深海钻探计划（Deep Sea Drilling Program，简称DSDP），实质上就是将耗资不菲的钻探玄武岩的“莫霍计划”，改变为钻探较浅的深海沉积层。

从1968年至1983年，DSDP通过96个航次，624个站位的钻探，证明了60年代地学界疑信参半的板块理论海底扩张假说，还带来了一系列重大科学发现。

这一计划的成功，吸引了其他国家的注意。前苏联、英国、德国、日本先后加入该计划，大洋钻探开启了大范围的国际合作。该计划后历经国际大洋钻探计划（ODP，1985—2003）、综合大洋钻探计划（IODP，2003—2013）和国际大洋发现计划（IODP，2013—2023）4个阶段，已成为引领当代国际深海探索的科技平台。

从“参与者”到“主导者”

△2017年，美国“决心”号大洋钻探船停靠在上海南港码头，这也是国际大洋钻探船首次停靠中国大陆港口。

多年来，通过大洋钻探计划，人类发现，地中海600万年前一度干枯成了晒盐场，北冰洋曾经是个暖温带的淡水湖，在高压低温的深海也有“深部生物圈”、海底还存在着天然气水合物（可燃冰）……

这些开创性的科学发现都离不开大洋钻探船，对深海钻探而言，大洋钻探船不仅是人类通往地心的“钥匙”，也是深海研究的“利器”，谁有船，谁就更有主导权。

从国际大洋钻探计划建立以来，担任核心组织角色的一直是美国。美国最开始使用的是“格洛玛·挑战者”号，1978年—1985年，美国将一艘石油勘探船改装为大洋钻探船，名为“乔迪斯·决心号”（以下简称“决心”号），专门服务于1985年启动的国际大洋钻探计划（ODP），这条船后来也成为国际大洋钻探的主力船。

20世纪90年代，日本为提升深海研究的国际影响力，决定建造新一代大洋钻探船，2002年“地球”号下水，这条5.7万吨的大洋钻探船比美国“决心”号大5倍，而且在钻探深度上能力更大。随着“地球”号问世，2003年启动的综合大洋钻探计划（IODP）也出现了美、日共同主导的局面，欧洲多国作为联合体加入。

我国作为大洋钻探的“新兵”，于1998年加入ODP，这些年一直活跃在大洋钻探领域，并不断加大相应的科研投入。2004年我国加入IODP，年付会费100万美元。2013年10月，我国加入IODP第二阶段（2013—2023），并大幅提高资助强度，除了每年支付300万美元会费，还以匹配经费的形式资助IODP（2013—2023）的航次，在IODP（2013—2023）运行的前4年，为其提供了3000万美元的资助，成为仅次于美、日和欧洲的第四大资助方。

截至2021年6月，在IODP框架下，中国组织国际科学家团队在南海成功实施三个IODP航次。其中，在南海北部海域钻探12个站位，总取心4100余米，获得大量珍贵的沉积物和玄武岩岩心样品。其中在南海3800米水深最深站位，成功向海底以下钻进1500多米，是大洋钻探历史上第八深站位。

△日本高知岩心研究中心。图源/日本高知大学

而IODP规定，大洋钻探获得的岩心，虽然向全世界科学家开放，但是需要储存在IODP三个专门的岩心库管理，这三个岩心库分别位于美国德克萨斯农工大学、德国不莱梅大学和日本高知大学。依据IODP的区域划分，南海站位所取得的岩心，需要储存在日本高知大学岩心库。

“也就是说，我们花千万美金打到的岩心，需要放在日本的岩心库。”周昶告诉记者，建造中国自己的大洋钻探船，就是避免受制于人。

现阶段的IODP已于2024年9月结束，“决心”号也于今年9月正式退役，欧洲和日本正在组织发起欧日主导的新一轮国际大洋钻探计划（IODP3），继续凭借日本“地球”号钻探船和欧洲“特定任务平台”（根据不同的科学目标租船）在全球组织航次。

日本“地球”号是立管钻探船，船体巨大、运行费用高昂，再加上目前的技术限制，最深孔径只打到3000多米处，能否胜任钻至莫霍面的要求，还有待未来检验。

“梦想”号的入列，不仅意味着中国将与美国、日本、欧洲一样具备自主组织航次的实力，为中国发起新一轮国际大洋钻探提供重要装备技术保障。更意味着，最大钻深可达11000米的“梦想”号，有望助力全球科学家实现“打穿地壳、进入地球深部”的科学梦想。“‘梦想’号的11000米，是实实在在把11000米的海水和沉积物打上来。”周昶说。

钻探能力最强

△“梦想”号进行原地掉头。

周昶介绍，作为全球第三个自主设计建造大洋钻探船的国家，“梦想”号不仅凝聚了“中国智慧”，更集合了全球最先进的技术方案和产品。“‘梦想’号是目前全球钻探能力最强、科研实验功能最全、智能化水平最高、综合运维成本最低的超深水钻探科考船。”周昶说。

相比日本的“地球”号，“梦想”号吨位不算大，但功能却非常齐全，真正以“小吨位”实现“多功能”。

在设计上，“梦想”号于国际上首次集成大洋科学钻探、深海油气勘探和天然气水合物勘查试采等多种功能于一体，具备4种钻探模式，包括用于海洋油气开采的传统隔水管模式、用于天然气水合物勘探的轻型隔水管模式、用于大洋钻探（水深最高可达8000米）的无隔水管模式，以及更为环保的深水无隔水管闭式循环模式（RMR）。

“这相当于把油气勘探船和大洋钻探船两艘船合二为一，既能钻油，又能钻探岩石取心。”周昶表示，这种设计此前没有先例可参考，是完全属于中国的理念创新。

据介绍，由我国自主研发的RMR之所以更环保，是因为传统深海钻探，钻头会产生大量的热量和碎屑，需要向钻孔内注入泥浆降温并保持孔径清洁，一般大洋钻探会在钻探结束后将泥浆直接排海，并舍弃钻探中产生的碎屑，对海洋造成污染。RMR配置了专门的泥浆循环管线，通过水下泵将泥浆抽回到船上，经过滤等处理，实现泥浆的循环利用，这样不仅可以实现海底零排放，还降低了钻探成本。更重要的是，通过RMR，“梦想”号可以收集断裂带上破碎的岩心，通过回流管，将这些破碎的岩心带回地面。

“这些破碎的岩心也是非常宝贵的地质信息。”周昶说，“梦想”号的钻探技术是争取做到不舍弃每一寸地质信息。

为满足4种钻探模式的作业条件，“梦想”号经过反复迭代优化，专门设计了新型连体式双月池，一般科考船只有一个月池，双月池设计不仅可以适应多种勘探、科考任务，还比传统单月池减少了航行阻力。

△“梦想”号的双月池设计。月池，是诸多大型科考船上的必备。它是船体内部贯穿各层甲板，与海水相通，直通船底的一个井道，钻探船上的钻杆可以由这个井道下放到海底，潜水员和水下机器人也可以从这里前往水下作业。图源/中国地质调查局宣传教育中心

作为大洋钻探船，核心在“钻”。“梦想”号研制了全球首台兼具油气勘探和岩心钻取功能的液压举升钻机，装机功率小、能耗低，而且钻探效率高、补偿能力强、响应速度快，可显著提高综合钻探能力。周昶介绍，在钻采效率上，相较传统钻机，“梦想”号钻机在速度和硬岩的钻井效率方面均有了大幅度提升。

这些只是“梦想”号技术突破的一角。从2020年5月完成初步设计、2021年启动建造至今，“梦想”号突破了10大类50余项关键核心技术，取得了130项发明专利，是150多家科研单位、3000多名建设者用心血与汗水铸造而成的重大科技装置。

带着科研成果下船

“一般科考船带回来的是数据，而‘梦想’号可以直接带回来成果。”周昶之所以这么说，是因为“梦想”号配备了全球面积最大、功能最全、流程最优的“海上移动实验室”。

为了满足各种大洋科考需求，“梦想”号上建有总面积超过3000平方米的九大实验室，面积比“地球”号增加了三分之一，可满足基础地质、古地磁、无机地球化学、有机地球化学、微生物、海洋科学、天然气水合物、地球物理、钻探技术等海洋全学科实时研究需求。“基本涵盖了海洋研究的各类学科。”周昶说。

△“梦想”号基础地质实验室。供图/中国地质调查局广州海洋地质调查局

“最值得关注的是微生物实验室和古地磁实验室。”周昶介绍道，这两个船载实验室达到了全球领先水平。其中，微生物实验室洁净度达万级；古地磁实验室平均磁场小于150纳特，磁屏蔽效果超越“地球”号。

古地磁是深海沉积物年代的“指南针”，通过测定沉积物中的剩磁强度，可以推出沉积物的大致年代。要知道，在实验室外是平均5—6万纳特的地磁场，该实验室屏蔽了99%以上的地磁场干扰，大大提升了实验数据的准确性。

在智能化水平上，周昶向记者模拟了科考队员上船后的情景。队员上船后，人脸信息便会登记在后台，每人配备一块健康手表，监测基本的健康数据。队员身体出现异样后，如在船上无法解决，可直接在船上进行线上会诊，以判断是否需要回岸治疗。

周昶告诉记者，“梦想”号钻井系统基本可实现无人化操作。《中国报道》记者登船后发现，在月池所在的甲板，安装有直接通过实验室的滑轨。“梦想”号配置有全球首套船载岩心自动传输存储系统，岩心自海底取出后，可通过智能运输系统，直接运进船载实验室。

此外，船上可实时汇聚分析20000余个监测点数据，实现作业智能监测、实验智能协同、健康智能保障、船岸智能融合。

时至今日，人类的“莫霍之梦”尚未实现，但人类对地壳的认知已大不相同。除了“莫霍之梦”，“梦想”号还可以有其他梦想，能源的二次革命可能就是其中一个。

有猜测指出，南海6000米海盆下，蛇纹岩通过水岩反应可能产生大量氢气。周昶表示，这些科学推断令人兴奋，但仍需要大洋钻探船去一一验证。

△夜晚，“梦想”号停泊在广州海洋地质调查局专用科考码头，图为灯光下的“梦想”号钻机。摄影/赵珺

在“梦想”号加持下，中国大洋钻探的探索步伐也将更加坚定。近日，中国地质调查局广州海洋地质调查局组织召开了“梦想”号大洋钻探船院士专家座谈会，22位院士及多位相关领域专家在“梦想”号上集结，为其科学应用和未来发展出谋划策。

据了解，接下来，“梦想”号将按计划执行深海能源资源勘查和深海钻探试验等工作任务，加快促进深海资源勘探开发和海洋科技创新，拓展国际海洋合作，为加快建设海洋强国和科技强国，为推进中国式现代化、推动构建人类命运共同体作出更大贡献。

11000米的钻探，不可能一蹴而就，需要漫长的探索和尝试。

向地球深部进军，“梦想”号任重而道远。

来源：中国报道

作者：李士萌

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