深海鑽探（tàn），“海牛Ⅱ號”真牛

“海牛Ⅱ號”搭載科考船駛向深海。　湖南科技大學供（gòng）圖

“海牛Ⅱ號”正在進（jìn）行海試作業。　湖南科技大學供圖

深海（hǎi）礦產資（zī）源豐富，發現、研究它們，需要通過水下鑽（zuàn）探獲取樣本。在各種（zhǒng）取樣方式中，海底鑽機以其鑽探成本低、效率高、樣品擾動小、易操作等優勢，成為備受青睞的高技術裝備。

不久前，我國自主研發的“海（hǎi）牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取芯鑽（zuàn）機係統，在超2000米深水中，成功下鑽231米，刷新了深海海底鑽機的（de）世界紀錄，標誌（zhì）著我國在該領域達到（dào）世界（jiè）領先水平。

看似笨重，實則身手不凡

鑽探到200米（mǐ）以下，意味著我國理論上具備海洋資源全覆蓋的勘探能力

“海牛Ⅱ號”由湖（hú）南科技大（dà）學（xué）教授萬步炎領銜研發。萬步炎（yán）介紹，“海牛Ⅱ號”由（yóu）海底鑽機本（běn）體、海（hǎi）底原位探（tàn）測儀、移動式海（hǎi）底鑽機配套收放係統等部分組成。“其中，鑽機本體外觀（guān）上是一個橙黃色、八邊形（xíng）的鋼質構造，高7.6米，‘腰圍’10米，體重12噸，是目前我國水中最重的地質（zhì）勘（kān）探科考裝備。”

看似笨重的“海牛Ⅱ號”，在海底幹起活（huó）來卻很靈活。它的“武器”是（shì）身上的（de）78根鑽杆，每根3米長，像左輪手槍的子彈一樣排列在（zài）圓盤之上。操作（zuò）時，通過圓盤（pán）旋轉，機械手取杆上膛，把鑽杆一根根鑽進岩層。

鑽頭相當於（yú）“海牛Ⅱ號”的犄角，由金剛石和硬質合金等材料製成。科研人員設計了不同種類的鑽頭，有的針對硬岩地層，有的適用於沉積岩軟岩地層。

“海牛Ⅱ號（hào）”是在4月7日刷新的世界紀錄。萬步炎告訴記者，當天，經過約兩個半小時下（xià）潛後，“海牛Ⅱ號”抵達水深2060米的海底。完（wán）成姿態（tài）調整後，“海牛Ⅱ號”隨即開（kāi）展目標（biāo）層保壓（yā）取芯鑽探作業。約15小時後，鑽進孔深（shēn）達到海底地下231米。

除了鑽得深，“海（hǎi）牛Ⅱ號（hào）”還有（yǒu）一項獨門絕技（jì）——保壓取芯。這是勘探可燃冰等某（mǒu）些海底礦產的（de）關鍵。萬步炎介紹，在海水壓（yā）力下，可燃冰呈“冰”狀，它一旦離開其適宜的海水深度（dù），就會因壓（yā）力減小而變成氣體揮發。因而，普通深海鑽機無（wú）法取樣（yàng）可燃冰，隻有在（zài）保持海底地層相等壓力（lì）的狀態（tài）下，才能（néng）做到（dào）。

此前，全（quán）球海（hǎi）底鑽機的最（zuì）大鑽（zuàn）孔深度設（shè）計（jì）能力為200米，而實際保壓取芯（xīn）作業最深隻到達135米，“海牛Ⅱ號”則大大刷新了這（zhè）一紀錄。

通過鑽探取樣分（fèn）析，可以了解礦藏儲量、品位和埋藏形態，為今後開采勾（gōu）勒出一幅“藏（cáng）寶圖”。“鑽得越深，能勘探的資（zī）源就越多。”萬步炎說（shuō），當前人類發現的（de）、具（jù）有商業開采潛力的海洋礦產資（zī）源，基本上在海底200米以內。鑽探（tàn）到200米以下，意味著我國在理論上具備了海（hǎi）洋資源全覆（fù）蓋的勘（kān）探能力。

根據《聯合國海洋法公約》，公海資源歸全人類共有，資源（yuán）開采權一般遵循誰勘探、誰（shuí）優先的（de）規則。業內專家表示，“海牛Ⅱ號”是我（wǒ）國深海鑽探的一把 “利劍”，它的出鞘，使我國在海底固體（tǐ）礦產資源研究（jiū）和開發上（shàng）多了（le）一分技術優勢。

攻克多（duō）個技術難題

所有關鍵技術均為自主研（yán）發，目前已取得125項（xiàng）專利

深海壓力大、溫度低，“海牛Ⅱ號”要（yào）在複（fù）雜（zá）的環境中，順利實現鑽機收放、姿態調整、耐壓密封（fēng）、鑽杆及（jí）芯管接卸、自動測控（kòng）等一（yī）係列操作，技術（shù）難度（dù）非常大。

據萬步炎（yán）介紹，“海牛Ⅱ號”主要攻克（kè）了全（quán）程保壓繩（shéng）索取（qǔ）芯、鑽管存儲（chǔ）與鑽杆快速接卸、智能（néng）化與專家操作（zuò）係統、海底鑽機（jī）安全可靠下（xià）放和回收等技術難題（tí）。

鑽探過程中，某一段實現保壓取（qǔ）芯並不難（nán），難的是全程保壓。針對這一問題，科研人員連續多年攻關，通過大孔深（shēn）遙控全（quán）孔全程保壓繩索取芯，采（cǎi）用了獨創的岩芯管全長直接密封保壓取（qǔ）芯原理、技術與工藝，最終實現了海（hǎi）底鑽機小口徑大孔深高效、高可靠全孔全程保壓取芯。

萬（wàn）步炎（yán）說，“海牛Ⅱ號”很“聰明”。科研人員為它量身（shēn）定製了（le）很多傳感器設備。這些傳感器，融合了團隊多年的海上實（shí）地鑽探經驗。到了海底，鑽頭會根據地（dì）層性狀情況，快速自動判（pàn）斷並自適應調整鑽進模式（shì）與參數，解決了海底鑽機與配套取芯工藝對海底複雜地層（céng）的適應（yīng）性（xìng）難題，從而大幅提高了鑽探效率、取芯率和取（qǔ）芯質量。

得益於自動化、智能（néng）化的設計，一個人就可在母船上完成“海牛Ⅱ號（hào）”操作。“海牛Ⅱ號（hào）”在鑽孔取芯的同時，還能幹“兼職”：原位探測岩（yán）石的電阻率、孔（kǒng）隙率，給孔內周邊岩（yán）石拍照等。

在海底鑽機收放（fàng）裝置的設計和工藝上，團隊解決了因（yīn）母船搖蕩導（dǎo）致海底鑽（zuàn）機與收放裝置（zhì）對（duì）齊與靠攏困難、易發生衝擊碰撞的問題，實現了海底（dǐ）鑽機水中自動校正收放方（fāng）位（wèi）、垂直翻轉過（guò）程自動抱（bào）緊海底（dǐ）鑽機功能，提高海底鑽（zuàn）機收放（fàng）效（xiào）率和收放過程的安全性與可靠性。

值（zhí）得（dé）一（yī）提的是（shì），“海牛Ⅱ號”所有關鍵（jiàn）技術均為自主研發（fā），目（mù）前已取得（dé）125項專利。

研製“海牛Ⅱ號”，依托的是我國國家（jiā）重點研發計劃“深海關鍵技術與裝備專項”課題。針對“海牛（niú）Ⅱ號”，任務書（shū）有三大目標，即作業水深不少於2000米、鑽（zuàn）進深度不（bú）低於200米、保壓成功率不小於60%。令萬步（bù）炎高興的（de）是，本次海試充分驗證了“海牛Ⅱ號”的設計（jì）性能，並超預期實現了任務目標。

未來還將不斷（duàn）優化（huà）

挑戰萬米（mǐ）級水深地質鑽探取樣，是團隊接下（xià）來的目（mù）標

“海牛Ⅱ號”並非“橫空出世”，而是20多年堅持不懈、持續研發的結果。2000年，萬步（bù）炎團隊開始研發深（shēn）海海底（dǐ）鑽機。3年後，團隊做（zuò）出了我國首台深海淺（qiǎn）層岩芯取樣鑽機，並在海底下鑽0.7米，獲得首個岩芯樣品。

2010年，這個團隊（duì）研發的深海深（shēn）孔岩芯取樣鑽機，又（yòu）把海底鑽探深度推進到20米。2012年，“海牛Ⅱ號”的前（qián）身——“海牛號”研製項目正式啟動。2015年，“海牛號（hào）”在3000米海水下下鑽了60米。由此（cǐ），我國成為（wéi）世（shì）界上（shàng）第（dì）四個擁有能在水深大於3000米（mǐ）的海底進行60米鑽探技術（shù）的國家。

如今，我國多條海洋科考船配備了萬步（bù）炎團隊發明（míng）的（de）專（zhuān）利設備，並在深（shēn）海鑽（zuàn）孔1000多個。

海底鑽機的（de）發（fā）展，與我國海底資源勘探曆（lì）程緊密（mì）相連（lián）。萬步（bù）炎告訴記者，1999年（nián）以前，中國沒有（yǒu）能力研製大型深海（hǎi）機電（diàn）裝（zhuāng）備（bèi），隻能從國外租借設（shè）備。後來，我國決定自主研發深海鑽探設備。萬步炎團隊迎難而上（shàng），接下了這（zhè）項（xiàng）任務。他們幾乎從零起步，不斷摸索，奮勇攻關。

近年來，我國（guó）日益重（chóng）視海洋技（jì）術裝（zhuāng）備研發。深海海底鑽孔技術，對（duì）其他深（shēn）海裝備製造技（jì）術具有很強的輻射性，可（kě）以（yǐ）帶動相關領域的研發。萬步炎說，10多年前，科考船上基本所有設備都是進（jìn）口的，如今國產裝備達到80%以上，未來這一比例將越來越高。

萬步炎表示（shì），團隊將進一步優化深海鑽探設備性能，提升它的環境適應能力、作業性能（néng）和智能化程度。此外，他們還計劃（huá）推進“海牛Ⅱ號（hào）”量產，在海底油氣采場和海上風電場建設與工程地質勘（kān）查領域推廣應用。

當（dāng）前，“海牛Ⅱ號”還在（zài）海上工作。深（shēn）度超過萬米的馬裏亞納海溝，至今沒（méi）有人類進行（háng）海底鑽（zuàn）探作（zuò）業。“挑戰萬米（mǐ）級（jí）水深地（dì）質鑽探取樣，是我們團隊接下來的目標。”萬步炎說。

(來源：人（rén）民日（rì）報喻思南 唐亞慧)