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走近大国重器 | 叩问海底一万米

发布时间:2024-04-08  来源:中央纪委国家监委网站  字体大小[ ]

 叩问海底一万米

探访我国首艘大洋钻探船“梦想”号

中央纪委国家监委网站 沈东方

 

图①:我国首艘大洋钻探船——“梦想”号试航。

 

图②:“梦想”号试航期间,监造组检查船舶动力系统运行情况。

 

图③:“梦想”号驾驶台上的推进器操纵杆。

 

图④:被称为“海洋藏宝阁”的中国大洋钻探岩心库目前已存放大量海洋岩心样品。

 

  图⑤:我国首次建成的深水科考码头之一——位于广州的南部码头,可为“梦想”号运营提供强大岸基支持。 广州海洋地质调查局 供图

  我们赖以生存的地球由地核、地幔和地壳组成,很久以来,人类的活动和探索仅限于地壳的表层。坚硬的地壳之下,蕴藏着怎样的奥秘?前段时间,自然资源部中国地质调查局宣布,我国首艘大洋钻探船—“梦想”号首次试航各项指标满足或优于设计,试航取得圆满成功,意味着我国距离探秘万米洋底更进一步。

  大洋钻探被誉为海洋科技领域的“皇冠”,是深海探测领域难度最高、挑战最大、最为关键的核心能力,是海洋大国的实力象征。随着“梦想”号大洋钻探船的试航与服役,我国发起并引领的大洋钻探国际大科学计划将得到有力支撑,“深海进入、深海探测、深海开发”的能力也将不断提升。

  大洋钻探船的主要功能是什么,它能到达地下多少米?设计建造这样的国之重器,有哪些攻坚克难的故事?一起走近我国首艘大洋钻探船。

  承载“打穿莫霍面、进入上地幔”的科学梦想,向海底11000米发出中国强音

  正如“梦想”号的名字所示,“打穿莫霍面、进入上地幔”是从事这一领域探索的科学家们最渴望实现的梦想,也是这艘大洋钻探船最引人关注的一点。

  莫霍面是什么?人类为什么要钻透它、研究它?

  “地球就像一个带壳的鸡蛋:‘蛋壳’是地壳,‘蛋清’是地幔,‘蛋黄’是地核。地壳和地幔之间的分界面就是莫霍面,相当于蛋壳和蛋清之间的蛋壳膜。”广州海洋地质调查局高级工程师任颖芝介绍,莫霍面是距离人类生活最近的全球性分界面,对人类生存影响很大,莫霍面下层的地幔是探究地震、火山活动等重要地质过程的关键,也是地球物质循环的重要环节。打穿莫霍面,对于深入了解地球内部的物质组成、结构、物化性质、演化规律等具有重要意义,对于地震预测、矿产资源勘探等领域也有重要的应用价值。

  半个多世纪以来,科学大洋钻探在全球各大洋钻井数千口,所取得的科学成果验证了板块构造理论,揭示了气候演变的规律,发现海底“深部生物圈”和“可燃冰”……而在漫长的科研历程中,“打穿莫霍面、进入上地幔”这一梦想都未曾实现。记者了解到,深地岩石的密度和温度会随着钻探深度增加而上升,因此钻孔深度越深,钻探技术难度越大、成本越高。

  3月4日,我国首口设计井深超万米的科学探索井——中国石油塔里木油田深地塔科1井钻探深度突破了1万米,为保障国家能源资源安全、深入探索地球内部结构和演化规律提供了有力支撑。这口陆地钻井虽然打到了万米,但距离莫霍面依然有一定距离。

  在海上钻透地壳,会比在陆地上更容易吗?“深海海底是离地球内部最近的地方,多数情况下,洋壳的厚度为5000至8000米,如果能在大洋上实施钻探,会大大增加打穿莫霍面的几率。因此,我们要到海上去打,可以说大洋钻探是打穿莫霍面的最佳途径。”任颖芝表示。

  “梦想”号总吨约33000,总长179.8米、型宽32.8米,续航力15000海里,稳性和结构强度按16级台风海况安全要求设计,具备全球海域无限航区作业能力和海域11000米的钻探能力。这意味着,从海上钻穿莫霍面到达地幔的科学梦想有了实现的可能。

  “一般的科考船不具备在深海大洋实施深钻的能力,仅能通过搭载的设备进行感知式探测或者对近海底及浅部地层进行取样观察。”任颖芝介绍,与其他科考船相比,“梦想”号大洋钻探船能够在水深数千米的海底实施钻探,进入海底地层中获取岩心样品,实现直接观察,开展物理化学等分析,掌握一手的深部实物资料数据,是目前进入海底深部取样的唯一手段。该船将为海洋能源资源勘查开发提供重要装备保障,进一步提高我国能源自主保障能力。

  配备全球面积最大、功能最全的船载实验室,具备油气钻探和大洋科学钻探两大作业模式

  上天、入地、下海,是人类向自然极限发出的挑战,近半个世纪以来,人类对于深海研究的投入越来越大,大洋钻探船就是其中之一。业内人士把大洋钻探船比作深海研究中的“航空母舰”,在国际合作的研究中,谁拥有大洋钻探船,谁就拥有主导权和话语权。

  目前,全球在役的大洋钻探船有两艘。作为后起之秀,中国的“梦想”号不仅在钻探设计深度上是世界之最,还建有全球面积最大、功能最全的船载实验室。

  “船载实验室包括固定实验室区域加移动实验室区域,总面积超过了3000平方米,是目前全球面积最大的海上移动实验室,装配各种精密实验仪器超过150台(套)。”广州海洋地质调查局“梦想”号监造组相关负责人向记者介绍,“梦想”号配备了包括基础地质、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、钻探技术在内的9大功能实验室。其中,基础地质实验室拥有微体古生物、岩石矿物、沉积学、岩心数字化等方面的研究功能。

  “我们还配套建有世界一流的磁屏蔽室及超净实验间,可以进行精准的、误差极小的磁学实验和生物、化学等实验。”相关负责人表示,船上还首次配置了船载岩心自动传输储存系统,实行“船—岸”一体的信息化智能管理,通过全船超25000个监控点,可实现钻采作业全过程监测、科学实验智能协同。

  按照“小吨位、多功能、模块化”的设计建造理念,“梦想”号开展了56项关键技术攻关,突破了水动力性能综合优化、作业系统模块布置等10余项关键技术,实现了多项国际首次、首创。比如,“梦想”号具有油气钻探和大洋科学钻探两大作业模式,其中深水无隔水管泥浆循环系统由我国自主研制,在该领域实现了从无到有的突破。

  “梦想”号还在环保节能方面下了不小功夫。作为一艘“混动”绿色船舶,“梦想”号在全球首次同时应用了最新一代30兆瓦闭环环网电站和电池蓄能技术,船舶经济性和可靠性大幅提升,节约能耗超过15%。深海钻探时钻头会产生大量的热量和碎屑,对海洋环境造成一定影响,针对这一问题,“梦想”号配备了一款全球首创的泥浆自循环系统,可以在把碎屑带上来的同时实现循环利用,既绿色环保还能节省成本,一举两得。

  汇集150余家参建单位的心血智慧,钻探保障船、码头、岩心库提供岸基支持

  2023年12月3日,经过通宵奋战,“梦想”号大洋钻探船伸缩推试验成功。早上八点半,钻探船靠回码头,连夜奋战的轮机长鹿擎梁继续参加监造组每周例会,下午又飞往上海参加重要装置设备的出厂验收试验。对于已经连续工作了两天一夜的他来说,这样的奔波已成为家常便饭。

  “梦想”号大洋钻探船是党中央部署的一项重大科技创新工程,组织建造这样的国之重器,背后的困难可想而知。从2020年启动建设到2023年首次试航成功,“梦想”号设计及建造过程汇集了150余家参建单位科技工作人员的智慧。

  在启动之初,面对首制船的无先例可循以及诸多设计、建造难点,项目建设曾一度陷入困境,船舶建造进度严重滞后。我国首艘大洋钻探船还能如期下水吗?

  困境之中,广州海洋地质调查局抽调精干力量成立项目部、船舶监造组和纪律监督组,组成了一支初始35人的钻探船监造团队。如何让众多参研参建单位的优势力量在党的旗帜下团结成“一块坚硬的钢铁”,加快实现钻探船项目建设目标,是首先要解决的难题。

  广州海洋地质调查局“梦想”号监造组相关负责人表示,局党委、纪委突出党建引领,牵头成立大洋钻探船项目党支部,将中国地质调查局相关部室和各驻厂参研参建单位作为支部共建单位纳入党支部,共享参建单位在基本建设、重大项目管理等方面的信息、政策和协同优势。推进阳光造船行动,压实船舶监造组党支部、船舶管理处、支部纪检委员、驻厂专职监督员四级监督责任体系的责任,监督解决一批急难愁盼问题,统筹推进钻探船生产设计、设备采购和连续建造,顺利达成项目进度、质量、廉洁目标。

  要顺利开展深海钻探,除了建设好“梦想”号,完备的配套设施和强大的岸基支持也必不可少。据了解,为“梦想”号开展深海钻探配套的钻探保障船、码头、岩心库均已建成并投入使用,运行情况良好。

  “其中,钻探保障船——‘海洋地质二号’具备伴随‘梦想’号进行全球航行作业的能力,可提供物资补给、人员轮换、海上消防及救援等保障服务。它还可完成环境评价、地质取样、物探调查、锚系作业、近海底地形调查等海洋科考调查作业。”相关负责人表示,除此之外,还在广州、青岛分别配套建有南部码头、北部码头,也是我国首次建成的深水科考码头,可为“梦想”号运营提供强大岸基支持。

  从深海开采出来的岩心是开展海洋研究的重要材料,可以帮助科学家探究海洋环境演化、解读地球内部奥秘。“梦想”号大洋钻探船正式运营后获取的大量岩心样品,将被存放于“海洋藏宝阁”——中国大洋钻探岩心库。

  “大洋钻探岩心库拥有常温、+4度、-20度、-80度和-196度的五级温度储存条件,可满足不同样品储存需求,是全球储存能力最大的大洋钻探岩心库。同时,它配备了全生命周期的岩心管理系统,具有岩心储存、分析测试、科学研究、合作交流、共享服务等功能。也就是说,我们能做到从海底取出岩心样品到测试分析出准确数据的全过程服务。”相关负责人表示。

  目前,“梦想”号大洋钻探船已顺利转入调试阶段,将进行多项关键设备的安装和调试,预计在今年正式建成投用,将带着我们向海洋强国的宏伟征途迈进。

中国公共新闻网摘编亓淦玉

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