□ 長江日報記者楊佳峰 通訊員王俊芳
2024年11月17日，我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列，可實現11000米的深海鉆探，重要任務之一便是打穿地殼，突破地殼與上地幔的分界線——莫霍面，向地球深部進軍。此前，美國的“決心”號大洋鉆探船和日本的“地球”號大洋鉆探船經過幾十年努力也未完成這一任務。
11月29日，深度參與“夢想”號早期論證和重要子系統設計研發工作的兩位中國地質大學（武漢）（以下簡稱地大）教授向長江日報記者講述了為“夢想”號設計世界首套智能“產房”以及即將開啟的探索之旅。
■ 大洋鉆探，“夢想”號大有可為
“地球科學領域很多原創性理論源于大洋鉆探，‘夢想’號大有可為”。“夢想”號入列，長期從事海洋地質與資源研究的地大海洋學院副院長、海洋地質資源湖北省重點實驗室常務副主任姜濤教授既興奮又忙碌。
如果把地球比喻為一個雞蛋，地殼就是雞蛋殼，而地幔則是雞蛋清，地心則是蛋黃。在姜濤看來，打穿地球地殼進入地幔意義重大，地幔的研究可揭示地球演化和地殼運動規律。但陸地上的莫霍面埋藏很深，一般都有30至40千米深，而海洋地區的地殼比陸地薄得多，一般在5至15千米。因此，科學家曾提出“莫霍計劃”，即在大洋深處地殼較薄的地方鉆探，一直鉆穿莫霍面，通過鉆孔巖心可以直接獲取上地幔的樣品。這個設想無疑對地球科學家有巨大的吸引力。姜濤介紹，20世紀50年代，美國科學家便提出要打穿地殼。在西南印度洋實施了一次計劃打穿地殼的大洋鉆探，以鉆取深海海底的巖心和沉積層樣品，但是目標沒有實現。直到現在，人類對地球的認識也僅限于地殼。
這幾天，姜濤正忙著圍繞“夢想”號申請科研項目。“過去，我先后三次在美、日的鉆探船上做實驗，這次終于有了自己的鉆探船。”
據悉，“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，曾創下在水深6883.5米的海底鉆探856.5米，實現7740米世界最深海底鉆探紀錄；后者1985年入列，證實了海底擴張和板塊構造理論，還擁有深海天然氣水合物、地中海鹽化和侏羅紀恐龍滅絕原因等科研發現。
2007年，正在日本東京大學海洋研究所做博士后研究的姜濤，從事巖心—測井—地震綜合解釋研究，在美國導師的引薦下登上“地球”號。姜濤說，目前只有5位中國人登上過“地球”號參加大洋鉆探航次。
“‘地球’號內部結構十分復雜，各種粗大的管道縱橫交錯，猶如迷宮。”第一次見到現代化的深海鉆探船讓姜濤印象深刻。那次他隨“地球”號在日本南海海槽工作了3個月，從事地震發震機理研究。
2014年初，姜濤和其他科研人員一起登上了“決心”號，從南海海底獲取的巖心中研究南海的演化過程。2017年，姜濤再次登上“決心”號前往東印度洋，取巖心研究白堊紀氣候變化。
■ 全球首套智能船載巖心轉運系統
誕生在“夢想”號上
“大洋鉆探船是全球頂尖深海探測高新技術的集成。”2014年，我國開始論證建造自己的深海鉆探船的可行性，姜濤受中國地質調查局的邀請全程參與其中，經過數十輪論證研討，最終確立該船的三大功能定位，即天然氣水合物勘察試采、科學大洋鉆探、深海油氣勘探。新一代鉆探船將在鉆探技術上取得重大突破，以期達成向地球深處進軍的目標。
“夢想”號大洋鉆探船總長179.8米、寬32.8米，排水量42600噸，由國家發展改革委、自然資源部申報立項，自然資源部中國地質調查局負責具體組織實施，聯合中國船舶集團等多家單位完成設計建造任務。2017年底“夢想”號建造從立項進入可研階段。
地大地球深部鉆探與深地資源開發國際聯合研究中心副主任寧伏龍教授帶領團隊參與了“夢想”號鉆探船的部分設計，并承擔了“夢想”號重要子系統——智能巖心轉運系統的設計建造工作。
剛剛從“夢想”號下船的寧伏龍向長江日報記者描述了智能巖心轉運系統的工作原理：該系統由巖心自動倉儲系統、巖心垂直轉運系統、巖心水平轉運系統、集裝箱自動裝載系統、智慧管理與控制系統等5個部分組成。“只需要在系統上點一個按鈕，就可以做到巖心自動出入庫，極大地方便了船上科學家的研究和巖心管理人員的運維。”
寧伏龍將巖心比喻為鉆探船的孩子，智能巖心轉運系統就相當于“夢想”號的智能“產房”，它主要完成巖心的切割、存儲、轉運工作，孩子出生有出生證明，而巖心有編碼，像嬰兒出生證明一樣伴隨著巖心的一生。
“每出一次海，動輒幾千萬甚至上億元，可以說每段巖心價值連城。”換言之，如何保護好巖心，讓科研人員工作更省心，成為寧伏龍教授研發的出發點。從海底取出來的巖心每段長度一般在1米5，直徑100毫米，重約35千克。無論是“決心”號還是“地球”號，巖心的搬運主要靠人工。
“每晚8點準時開工程會，技術難題一點點攻克，會議記錄都有幾十萬字。”寧伏龍自2021年開始打造“夢想”號的“產房”，在武漢和廣州兩地跑，經常熬到午夜。
“夢想”號上最核心的“產房”——高4米、200平方米的艙室，需要存放4500米的巖心。按照工程要求，“產房”必須保持4℃的溫度，系統的對接精度要小于5毫米，鉆探船搖晃5度也能正常工作。
“無經驗可以借鑒，只能摸著石頭過河。”寧伏龍介紹，他們不少力學測試都是在地大完成的，最重要一次陸上模擬實驗是在廣州黃埔文沖船廠進行的。“耗資50萬元，將真實的貨架、堆垛機和穿梭車安裝在模擬平臺上，最終改進了40多項設計方式。”
歷經1200多個日夜打拼，寧伏龍帶領團隊攻克了4大設計難題，研發了5大類45項關鍵技術和9套核心裝備，全球首套智能船載巖心轉運系統最終誕生在“夢想”號上。
■ 美國“決心”已退
中國“夢想”開啟
“夢想”號建有全球面積最大、功能最全的船載實驗室，是全球唯一一艘具備11000米鉆探能力的科考鉆探船，被稱為海上移動的“國家實驗室”。而2萬多個監測點，能夠實時地對全船態勢進行監測和感知……
“別人沒有的我們有，他們有的我們更強，我們的‘夢想’號是最先進的。”寧伏龍教授表示，我國走的是“小噸位、多功能、模塊化”的設計建造理念，主打性能上必須領先設計。“夢想”號智能化程度最高，鉆探系統也是全球最先進，有四種鉆探方式和三種取心模式，而他國的鉆探船只有兩種取心模式。水下鉆探深度為11000米，地下深度為4000米，遠超美、日鉆探船的鉆探能力。“夢想”號近期將嘗試可燃冰的試采，而主要任務則是在海洋中尋找莫霍面，挺進地球深部。
進入地心就要找到莫霍面，才有可能打開“地心之門”。在陸地上，人類的極限是科拉超深鉆孔，垂直深度12263米，目前已經廢棄封閉。在海洋上，目前能夠制造深海鉆探船的只有中美日三國，誰能最先打開“地心之門”？
“打穿地殼至今是夢想，2個月前退役的‘決心’號沒有實現，‘地球’號也沒有實現。”姜濤教授表示，未來“夢想”號能不能打穿地殼，大家都寄予厚望，因為它是目前地球上最先進的深海鉆探船。
在姜濤看來，“‘下海’的難度比‘上天’還要大，‘入地’則更難。”地球科學領域很多科研成果源于大洋鉆探，也有很多未解之謎。例如，地震、颶風、海嘯等自然災害的形成原因還沒有完全搞清楚，可以通過獲取的深海巖心，研究過去、了解現在、預測未來，給人類創造更好的生存環境。
“‘夢想’號雖然設計鉆探能力達到了11000米，但還面臨一系列技術難題，打穿地殼目前依然是夢想。”在采訪末了，姜濤特意用了一句話作結：美國“決心”已退，中國“夢想”開啟。
鏈接：長江日報-打穿地殼，把地心秘密安全帶回來
（原載《長江日報》2024年12月2日）
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