挺進(jìn)陸海更深處

“開(kāi)拓二號(hào)”深海采礦機(jī)器。新華社發(fā)

“夢(mèng)想”號(hào)大洋鉆探船。央視網(wǎng)

“奮斗者”號(hào)載人深潛器。新華社發(fā)

　　深地、深海、深空（簡(jiǎn)稱“三深”）是人類孜孜以求探索的領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)“三深”空間和資源是人類的夙愿。近年來(lái)，中國(guó)在推進(jìn)對(duì)月球、火星等深空領(lǐng)域探索的同時(shí)，不斷向深地和深海空間拓展，實(shí)施或者參與實(shí)施載人深潛工程、深地鉆探計(jì)劃、大洋鉆探計(jì)劃等一系列重大科技項(xiàng)目，研制出幫助人類實(shí)現(xiàn)深海進(jìn)入、深地進(jìn)入和空間利用與資源開(kāi)發(fā)的重大裝備，獲得日益豐富的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用成果。

　　2024年，中國(guó)在上述領(lǐng)域繼續(xù)取得重大突破，特別是建成了一批有代表性的深地工程項(xiàng)目、服務(wù)于大洋鉆探和海底資源開(kāi)發(fā)的重大海工裝備，在有代表性地質(zhì)區(qū)域鉆出多口創(chuàng)深度紀(jì)錄的探井，揭示了更多陸海深處的秘密。

　　接連鉆出創(chuàng)紀(jì)錄深井

　　中國(guó)今年在深地鉆探領(lǐng)域接連取得多項(xiàng)成就，其中有3口深井頗具代表性：它們是刷新亞洲最深井紀(jì)錄的深地塔科1井、國(guó)內(nèi)首口超5000米深層地?zé)峥茖W(xué)探井——福深熱1井、刷新中國(guó)湖泊鉆探最深紀(jì)錄的納木錯(cuò)湖底鉆井。

　　3月4日，新疆維吾爾自治區(qū)沙雅縣塔克拉瑪干沙漠腹地傳來(lái)振奮人心的消息，深地塔科1井鉆探深度突破1萬(wàn)米，成為中國(guó)首口萬(wàn)米科學(xué)探索井，也是亞洲第一、世界陸上第二的垂直深井，在深地科學(xué)研究和超深層油氣勘探領(lǐng)域具有里程碑意義。深地塔科1井從2023年5月30日開(kāi)鉆，歷時(shí)9個(gè)多月就超過(guò)萬(wàn)米深度。如此高的鉆探作業(yè)效率得益于中國(guó)自主研發(fā)的全球首臺(tái)1.2萬(wàn)米特深井自動(dòng)化鉆機(jī)和適應(yīng)超高溫、超高壓地層的國(guó)產(chǎn)鉆井液等。

　　福深熱1井位于海南?？冢菄?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“深層地?zé)豳Y源探測(cè)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究”的配套工程，旨在揭示區(qū)域深層地?zé)嵝纬膳c富集機(jī)理，探測(cè)深層高溫地?zé)豳Y源潛力，驗(yàn)證探測(cè)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)。4月8日，在開(kāi)鉆月7個(gè)月后，福深熱1井成功鉆探至5200米。11月，該井正式完工，成為中國(guó)首口超5000米深層地?zé)峥茖W(xué)探井，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)海口地區(qū)深層地?zé)豳Y源潛力的目標(biāo)，進(jìn)一步深化了深層高溫地?zé)嵝纬膳c分布的理論認(rèn)識(shí)，也實(shí)現(xiàn)了華南地區(qū)尋找深層高溫地?zé)豳Y源的突破。

　　7月17日，經(jīng)過(guò)42天的艱苦努力，第二次青藏科考重要科考任務(wù)之一、納木錯(cuò)國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃順利完成，科考隊(duì)共從納木錯(cuò)湖底鉆取了7個(gè)鉆孔。其中一個(gè)孔的鉆探深度達(dá)到510.2米，刷新了中國(guó)湖泊鉆探紀(jì)錄。在鉆探作業(yè)中，科考隊(duì)員克服了大風(fēng)大浪等惡劣天氣，有效解決了遇到的砂質(zhì)層、含水層、硬泥層等帶來(lái)的鉆探技術(shù)困難，共計(jì)完成了1400多米的鉆探深度，取得近1000米長(zhǎng)的有效巖芯，可用于青藏高原古氣候?qū)W、湖泊古生態(tài)與演化等多學(xué)科研究，將為開(kāi)展青藏高原過(guò)去百萬(wàn)年以來(lái)氣候環(huán)境變化研究提供新的科學(xué)證據(jù)。

　　攜手探秘爪哇海溝

　　“奮斗者”號(hào)萬(wàn)米級(jí)載人潛器是中國(guó)深?？瓶嫉摹俺?jí)明星”，從研制階段起就備受矚目，特別是4年多前，在太平洋馬里亞納海溝進(jìn)行萬(wàn)米海試期間，“奮斗者”號(hào)下潛連續(xù)突破萬(wàn)米深度，最終成功坐底，創(chuàng)下10909米下潛深度紀(jì)錄，成為享譽(yù)世界的全海深載人潛器。

　　“奮斗者”號(hào)在2024年不僅繼續(xù)發(fā)揮重大深?？瓶佳b備的作用，而且成為促進(jìn)大洋科考國(guó)際合作的重要平臺(tái)，成為中外科學(xué)家攜手探索深海秘密的科考利器，這方面的例證之一就是中國(guó)印尼爪哇海溝聯(lián)合科考。

　　本次聯(lián)合科考是中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所與印度尼西亞國(guó)家研究創(chuàng)新署共同發(fā)起。

　　兩國(guó)科研人員借助“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器，完成了在爪哇海溝的22個(gè)潛次任務(wù)，其中14次下潛超過(guò)6000米，最深下潛至7178米，創(chuàng)造了印尼深海下潛新紀(jì)錄。本次科考獲得了一批寶貴的大型底棲生物、巖石和沉積物等樣品，以及高清視頻和照片，共采集大型底棲生物200余個(gè)，包含了多個(gè)深淵新物種，為兩國(guó)海洋科學(xué)研究提供了豐富資料。

　　本次科考活動(dòng)得到了印尼方的高度評(píng)價(jià)，盛贊此次聯(lián)合科考為兩國(guó)海洋合作開(kāi)啟了新篇章，期待未來(lái)兩國(guó)在海洋科技領(lǐng)域進(jìn)一步深化拓展合作；不僅展示了中國(guó)深?？萍嫉南冗M(jìn)實(shí)力，也為印尼培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師，對(duì)推動(dòng)兩國(guó)藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

　　值得一提的是，中國(guó)和印尼科學(xué)家此次聯(lián)合行動(dòng)是國(guó)際上首次在爪哇海溝開(kāi)展大范圍、系統(tǒng)性的載人深潛科考，是中國(guó)科學(xué)院深海所發(fā)起的“全球深淵深潛探索計(jì)劃”的重要組成部分，將進(jìn)一步加深對(duì)全球深淵地質(zhì)生命過(guò)程與地球系統(tǒng)演化的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)共建“一帶一路”國(guó)家加強(qiáng)國(guó)際科技合作與交流。

　　海面106米之下掘進(jìn)

　　突破山海阻隔，編織便捷交通網(wǎng)絡(luò)，一直是人們追求的目標(biāo)。工程科技工作者不僅設(shè)計(jì)、建造了各種橋梁，而且為開(kāi)掘利用包括海底之下的空間資源而不懈努力。2024年，廣東境內(nèi)深圳至江門(mén)的高速鐵路珠江口海底隧道工程見(jiàn)證了中國(guó)工程科技工作者取得的最新創(chuàng)新成果。

　　深江高鐵是中國(guó)“八縱八橫”高鐵網(wǎng)沿海通道的重要組成部分，珠江口海底隧道是其重點(diǎn)控制工程。8月19日，隨著“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)順利完成3590米既定掘進(jìn)任務(wù)，深江高鐵珠江口隧道施工順利抵達(dá)水面下106米深處，這是中國(guó)大型盾構(gòu)機(jī)水下掘進(jìn)的最深紀(jì)錄，也是世界高鐵盾構(gòu)海底隧道掘進(jìn)的最深紀(jì)錄。

　　由于隧道要下穿多條主航道，貫通多種地層結(jié)構(gòu)包括硬巖區(qū)和斷裂帶等，地質(zhì)和水文環(huán)境異常復(fù)雜，施工難度極大。尤其是隧道盾構(gòu)段最低點(diǎn)位于珠江口水面下106米，盾構(gòu)機(jī)最大承受巨大水土壓力，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)同等條件的工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可供參考。

　　為確保完成海底隧道建設(shè)任務(wù)，施工項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)量身定制了“深江1號(hào)”盾構(gòu)機(jī)，開(kāi)挖直徑達(dá)13.42米的，并為其配置了常-帶壓重型復(fù)合刀盤(pán)、可伸縮主驅(qū)動(dòng)、雙層殼體，同時(shí)集成了高精度大流量環(huán)流、高效重載物料運(yùn)輸、隧道通風(fēng)制冷等一系列智能化系統(tǒng)，確保盾構(gòu)機(jī)在超高水壓、超大埋深、裂隙發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)段實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定、安全掘進(jìn)。

　　根據(jù)計(jì)劃，深江高鐵將于2028年建成通車(chē)，中國(guó)高速列車(chē)屆時(shí)將在百米深的海底之下飛馳。

　　“夢(mèng)想”號(hào)鉆探船入列

　　從一定意義上來(lái)說(shuō)，人類對(duì)大洋洋底及其之下地層的認(rèn)識(shí)并不比對(duì)月球的認(rèn)識(shí)更深刻。地球上水深超過(guò)2000米的大洋占地球面積超過(guò)一半，洋底黑暗無(wú)光、低溫高壓，一直是人類難以到達(dá)的神秘之境。洋底之下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)更是幾乎不為人類所知，然而對(duì)于我們研究地球板塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律等具有極其重要的意義。另一方面，根據(jù)已探知的數(shù)據(jù)，大洋底地殼平均厚度約為7公里，而大陸地殼平均厚度約35公里，因此到大洋深處進(jìn)行鉆探研究是科學(xué)家尤其是地質(zhì)科學(xué)家的夙愿。

　　工欲善其事，必先利其器。從事大洋深處鉆探研究必須依靠大型海工裝備即大洋鉆探船。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)加入國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃，參與多個(gè)國(guó)際大洋鉆探航次，依靠外國(guó)大洋鉆探船獲取的深海巖芯進(jìn)行科學(xué)研究并作出了重大貢獻(xiàn)。他們夢(mèng)想能擁有自己的大洋鉆探船，自主組織航次，在大洋鉆探和研究領(lǐng)域取得更多更大成果。

　　11月17日，中國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)正式入列。

　　該船長(zhǎng)179.8米、寬32.8米，排水量42600噸，續(xù)航力15000海里，可變載荷達(dá)到最高15000噸，具備全球海域無(wú)限航區(qū)作業(yè)和海域11000米鉆探能力，能在6級(jí)海況下正常作業(yè)、16級(jí)臺(tái)風(fēng)下安全生存。該船科學(xué)實(shí)驗(yàn)功能全，建有全球面積最大、功能最全、流程最優(yōu)的船載實(shí)驗(yàn)室，可滿足基礎(chǔ)地質(zhì)、古地磁、無(wú)機(jī)地球化學(xué)等海洋全學(xué)科實(shí)時(shí)研究需求。

　　超深水鉆探裝備的設(shè)計(jì)建造是對(duì)一個(gè)國(guó)家船舶行業(yè)發(fā)展的綜合水平的考驗(yàn)。據(jù)“夢(mèng)想”號(hào)總設(shè)計(jì)師張海彬介紹，研發(fā)設(shè)計(jì)和建造團(tuán)隊(duì)集智攻關(guān)，突破了10大類50余項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，完成了創(chuàng)新船型方案、新型連體雙月池等多項(xiàng)國(guó)際首創(chuàng)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)不到數(shù)年的潛心施工建造，該船順利完工并于2023年底進(jìn)行了首次試航。

　　深海采礦機(jī)器初顯身手

　　海底蘊(yùn)藏著富鈷的鐵錳結(jié)核殼、多金屬結(jié)核、多金屬硫化礦等豐富的礦產(chǎn)資源，富含的關(guān)鍵金屬對(duì)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，特別是電子產(chǎn)品和電池制造等至關(guān)重要，如何將其成功而高效率開(kāi)采出來(lái)是人類面對(duì)的一大難題。多年來(lái)，像很多國(guó)際同行一樣，中國(guó)科學(xué)家一直致力于研制用于海底尤其是深海底礦產(chǎn)開(kāi)采的特種裝備并取得豐碩成果，開(kāi)發(fā)出包括深海重載作業(yè)采礦車(chē)“開(kāi)拓二號(hào)”在內(nèi)的深海采礦機(jī)器。

　　6月22日—26日，“向陽(yáng)紅03”號(hào)科考船搭載“開(kāi)拓二號(hào)”在西太平洋多金屬結(jié)殼與結(jié)核海區(qū)，成功開(kāi)展了海底行進(jìn)、礦物開(kāi)采、布放回收等全系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試，連續(xù)完成5次下潛，著底水深首次突破4000米，取回200多公斤多金屬結(jié)殼與結(jié)核等各類深海礦產(chǎn)樣品，創(chuàng)下中國(guó)深海采礦領(lǐng)域多項(xiàng)紀(jì)錄。

　　海試期間，“開(kāi)拓二號(hào)”在4級(jí)海況、6級(jí)風(fēng)條件下，共完成5個(gè)潛次，其中2000米級(jí)4次，4000米級(jí)1次，最大水深4102.8米，創(chuàng)國(guó)內(nèi)深海采礦紀(jì)錄，向設(shè)計(jì)作業(yè)水深6000米連續(xù)挺進(jìn)。據(jù)“開(kāi)拓二號(hào)”首席科學(xué)家楊建民介紹，突破水下4000米，意味著“開(kāi)拓二號(hào)”基本可以達(dá)到海底采礦需要的深度。深海礦產(chǎn)資源一般賦存在2000米至6000米深海海底，其中多金屬結(jié)殼與硫化物主要分布在4000米水深以內(nèi)。

　　在海底，“開(kāi)拓二號(hào)”的表現(xiàn)堪稱優(yōu)秀，無(wú)論是坡度陡峭、崎嶇的海山，還是由高黏性稀軟沉積物堆積的海底“灘涂”，它都能順利行進(jìn)、爬坡和原地回轉(zhuǎn)，其四條履帶能實(shí)時(shí)調(diào)整方向和狀態(tài)，適應(yīng)海底復(fù)雜地形行走的需要。楊建民解釋說(shuō)，“開(kāi)拓二號(hào)”優(yōu)秀的表現(xiàn)得益于多個(gè)首創(chuàng)技術(shù)，其中包括深海復(fù)雜海底地形高機(jī)動(dòng)行進(jìn)技術(shù)、深海多礦類復(fù)合鉆采技術(shù)、深水重載作業(yè)智能精細(xì)控制技術(shù)、非金屬纜深海重載布放回收技術(shù)和深海環(huán)境擾動(dòng)監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)。（記者 張保淑）