导语从海面到海底4929.17米,仅仅开出一根直径0.241米的小孔。很多人只看到一串冰冷数字,却很难想象:在数千米深海洋盆,钻透厚层沉积物、啃下坚硬玄武岩,完整取出岩心,本身就是一场极限工程闯关。
“梦想”号南海试钻任务收官,成功钻获4.27米玄武岩岩心,我国正式成为全球第三个能够依靠钻探船获取深海洋盆硬岩样品的国家。这不是一次简单钻井,而是一套工程装备、水下协同、船上实验室一体化能力的实战大考。
一、为什么非要钻这口深海井?为解开大洋诞生的谜题本次试钻的核心科学命题,叫做扩张脊跃迁。
大洋的诞生,源自洋中脊持续喷出岩浆,慢慢铺展形成洋壳,这条海底山脉就是扩张脊。正常情况下扩张脊位置长期稳定,但全球现已发现50多处扩张脊发生过“跳跃迁移”。究竟是什么力量推动洋脊移位,几十年来学界一直没有定论。
南海恰好是研究这一现象的天然实验室。想要破解谜题,不能只靠遥感与海底地震探测,必须拿到玄武岩实物岩心。玄武岩是洋壳原生岩石,藏着大洋形成时最原始的地质记录。
但取样难度极高:洋盆玄武岩普遍埋在1000–7000米水深之下,岩石硬度高、脆性大,钻探极易崩碎;再加上海底覆盖数百米厚松软沉积物,必须先穿透巨厚沉积层,才能抵达坚硬的基岩。
航次首席科学家孙珍直言:在南海深海洋盆拿到硬岩样品,难度极大,能成功完成,本身就值得自豪。
二、工程硬核账:4929米,深海里的“穿针引线”“梦想”号是目前全球唯一具备11000米钻探能力的大洋钻探船。理论上可以钻穿地壳,触碰莫霍面,但理论能力不等于现场作业能力。
本次作业海域水深约4100米,在此基础上继续向下钻进,最终完钻深度4929.17米。这口井孔径仅0.241米,相当于在接近5000米的深海地层里,完成一场超高精度的“穿针引线”。
整套钻井系统体量惊人: 钻台面为14.5m×14.5m,钻井平台总高度超81米,钻台向上50余米、向下延伸20余米;液压举升系统最大提升力可达1000吨,能抵御16级大风,保障极端海况下平台安全。
钻探采用绳索取心工艺:空心钻头旋转切削岩石,岩心直接收纳进内筒;停钻后,通过钢丝绳把岩心筒打捞回船上,在钻台拆分岩心,传送带送入实验室,切割、清洗,统一截成1.5米标准样品,再开展各项理化检测。 单根钻杆标准长度9.5米,船内钻杆存储区可容纳总长11000米钻杆,支撑万米级钻探需求。 本航次最大进尺864.77米,在4300米深度成功获取4.27米玄武岩岩心。钻井部工艺队长汪明鑫评价,这次试钻充分验证“梦想”号小吨位、模块化、多功能设计优势,油气勘探、地质取心两套任务都能胜任。
三、现场作业账:358小时水下连续作业,岩心上船不过夜深海钻探,难点不只在于“钻下去”,更在于保住岩心中原始信息。一旦岩心离开海底高压低温环境,内部流体、气体快速逸散,微生物群落迅速消亡,珍贵地质信息会永久丢失。
本次试钻创下两项关键首次:
船载ROV长时间水下协同作业。两台深海遥控潜水器在4000米水下累计作业时长突破358小时,单次最长连续作业103小时,负责井口监测、环境勘查、钻探风险预警。超长时水下协同,达到国际大洋钻探先进水准。全流程船载现场分析。完全对标国际大洋钻探规范,样品打捞上船后,编录、切片、扫描、多参数测试、入库全部在船上一次性完成。“梦想”号搭载总面积超3000平方米船载实验室集群,150余台精密仪器,九大专业实验室覆盖地质、古地磁、微生物、有机/无机地球化学、天然气水合物等方向。 孙珍解释,必须抢时间,在流体保留90%以上、气体尚未大量散失、部分原位生物还存活的状态下完成检测。本航次多个回次取心率突破100%,取心质量、作业稳定性均达到国际一流水平。
四、科学收获账:4.27米岩心,读出南海千万年的演化故事短短数米玄武岩与沉积岩心,带来三项重量级发现,改写我们对南海演化的认知。
第一,证实南海扩张脊跃迁之后,发生过多期大规模火山喷发。 学界长期存在两大假说:一派认为板块运动方向改变造成洋脊跳跃;另一派以孙珍团队为代表,提出地幔柱/热点是核心驱动因素。本次拿到玄武岩实物样本,为验证两大假说提供直接证据,有望更新南海形成演化的基础理论。
第二,识别大洋红层与绿、暗绿色沉积互层序列。 不同颜色地层对应古海洋环境变迁:红层代表温暖富氧环境;绿层代表降温、氧气部分恢复但仍缺氧;深色层对应大规模生物消亡、钙质壳体溶解。这套地层记录了远古岩浆喷发事件,以及伴随而来的古海洋与生物灭绝变化。
第三,意外重大发现:4000米洋盆深部地层检出大量有机质。 在海底之下813–864米深度,钻遇数十米砂泥互层,地层存在明显生物扰动,有机质含量丰富。滴入双氧水会持续大量冒泡,镜下观测有机质丰度极高。这片海域自洋盆扩张起水深就超过2000米,如今水深4000米,远离陆地,本以为有机质匮乏。 这是国内首次在南海超4000米水深、远离大陆的深部地层发现高有机质沉积,为深海碳循环、古海洋研究开辟新方向。
五、尾声:目标莫霍面,中国深海钻探跻身全球第一梯队“梦想”号终极目标,是打穿地壳,抵达地壳与地幔的分界面——莫霍面,实现人类地质科学长久以来的梦想。 本次试钻4929米,距离莫霍面还有距离,但整套技术链路已经完整跑通:深海钻井、硬岩取心、ROV水下协同、船载实验室原位分析,全流程通过实战检验。
这次试钻,不只是拿到几米岩心,更是证明中国拥有独立开展大洋硬岩钻探的全套装备与科研体系。深海之下,大洋深处的地质密码,中国已经有能力亲手去读取。 下一步,“梦想”号将继续执行航次任务,持续攻关深海钻探核心技术。
互动提问: 4929米深海钻井、超长时ROV水下作业,还是4000米洋盆里意外找到的富有机质地层?你最惊叹于本次试钻哪一项突破?评论区聊聊。