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我國掌握深海海床60米鉆探技術
時間：2015-06-16
閱讀次數(shù)：1140
6月14日，我國自主研發(fā)的“海底60米多用途鉆機”在南海完成深海試驗返回福建廈門港。
這次試驗成功實現(xiàn)了在水深大于3000米的深海海底，對海床進行60米鉆探，我國也成為世界上第四個掌握這一技術的國家。而這個鉆機還有一個特別的名字——“海?！薄?br /> 靜臥在科考船甲板上的“海?！保鼑?0米，體重8噸，如果站直了有6米高。這么一個大家伙，要挑戰(zhàn)水深大于3000米的海底，在這樣的深度，一個指甲蓋大小的面積就要承受300公斤的壓力，相當于四個成年人的體重?！昂Ｅ！痹谥圃鞎r，就經(jīng)過了嚴格的抗壓試驗，能到達海底5000米的壓力設計標準。
在進入水里之后，“海?！币獫摰剿畲笥?000米的深海海底，在那里，“海牛”要靠它的三條“腿”，行走在地形復雜的海底。
“海?！钡奈淦魇巧砩系?4根鉆桿，每根兩米五長。像左輪手槍的子彈一樣排列在圓盤之上。圓盤旋轉，機械手取桿上膛，鉆進巖層。然后再接入下一根鉆桿。
“海?！苯有躲@桿的速度非常快，大概需要兩分五十多秒，遠遠快于國外的鉆機。
鉆頭相當于是“海?！钡摹瓣鹘恰?，由金剛石和硬質(zhì)合金制成。海底的巖層有的硬，有的軟?！昂Ｅ！钡摹瓣鹘恰彪S時有可能被卡住。好在，“海?！笨刹皇恰蔼毥谦F”，而是名副其實的“三頭牛”。
技術人員設計了三種類型的鉆頭。一種是專門針對硬巖地層的鉆頭；一種是沉積物軟巖地層的鉆頭。還有一種是根據(jù)需要，全面鉆進不取巖芯的鉆頭。
“海?！痹谏詈Ｅ俚桌绲卣畟€小時之后，終于觸到了海底以下近60米的深度，取出了底質(zhì)樣本。經(jīng)過隨船專家組的確認，由湖南科技大學、中國科學院海洋研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局共同研制開發(fā)的“海底60米多用途鉆機”深海試驗成功。
這次海試成功，也標志著我們國家自主具備了深水海底取樣的能力。這項技術的運用將極大地提高、推進我國加快深海海洋地質(zhì)科學以及巖土工程領域技術的提高。
“海牛”面對四項挑戰(zhàn)
挑戰(zhàn)一：給海?！笆萆怼?br /> 第一個挑戰(zhàn)在設計階段就擺在了科研人員面前，那就是“海?！钡捏w重問題。一般來說，鉆機的鉆進能力越強，重量也越大。可是在海上，如果鉆機太重，很多船舶和絞車都難以承受?？蒲腥藛T通過長達四年的輕量化設計，成功幫助“海牛”“瘦身”。
相對于國外同樣鉆進能力的鉆機而言，“海?！钡闹亓恳p了百分之二十到三十。
挑戰(zhàn)二：三千米深海遠距離"遙控"
第二個挑戰(zhàn)就是要隔著三千多米的海水遠距離控制“海?！薄Ｔ谏詈Ｔ囼炛?，“海?！钡谝淮蜗滤汪[起了脾氣，在海底不受控制?？蒲腥藛T只好收回“海?！?，連夜排除故障。
連接海牛的光纖被稱為“臍帶”，科考船發(fā)出的指令都通過“臍帶”遠距離傳送到海底，指揮“海?！鄙砩弦话俣鄠€傳感器進行動作。
挑戰(zhàn)三："突然襲擊"的暗流大浪
經(jīng)過一天的排查和調(diào)整，海牛再一次下水?！昂Ｅ！泵鎸Φ牡谌齻€挑戰(zhàn)在風浪。海上作業(yè)可能會遇到海底暗流和海面大浪，科考船隨時可能被甩開幾米甚至幾十米遠，拉扯到正在海底鉆探的“海牛”。為此，科研人員在下水前，給海牛的“臍帶”綁上了15個黃色的浮球。
挑戰(zhàn)四：傳統(tǒng)取芯耗時長風險大
“海?！泵鎸Φ牡谒膫€挑戰(zhàn)是時間。深海鉆探最主要的目的是取出海底的巖石樣本。傳統(tǒng)的取芯技術，要將已經(jīng)鉆入地底的鉆桿拔出，拆卸之后取出巖芯，再全部重新裝回去，繼續(xù)鉆進。鉆進六十米深度，大約需要五天時間。在深海，作業(yè)時間越長，可能遇到的危險和問題也就越多?！昂Ｅ！眲t采取了更為先進的“繩索取芯”技術，這種方式比傳統(tǒng)“鉆桿取芯”方式節(jié)省約80%的時間。
“海?！背鏊?，科研人員從它的背上卸下一根根包含著底質(zhì)樣本的小管子。里面藏著從海底地層不同深度取出來的“珍寶”。除了礦藏的信息，還給科研人員帶來各種關于大海本身的“密碼”。
“海牛”的本事大，但是操作起來卻比較簡單?，F(xiàn)在的操控程序實現(xiàn)了“一鍵操作”功能，點一個按鈕，可以實現(xiàn)整個一大段步驟的連續(xù)性操作。
此外，海牛的整體造價相對較低。和進口同類設備相比要便宜一半甚至三分之二。這也為我國未來大范圍進行海底勘探提供了條件。下一步，科研人員還將根據(jù)深海試驗的數(shù)據(jù)，對“海?！钡墓δ茏鲞M一步改進。
這次試驗成功實現(xiàn)了在水深大于3000米的深海海底，對海床進行60米鉆探，我國也成為世界上第四個掌握這一技術的國家。而這個鉆機還有一個特別的名字——“海?！薄?br /> 靜臥在科考船甲板上的“海?！保鼑?0米，體重8噸，如果站直了有6米高。這么一個大家伙，要挑戰(zhàn)水深大于3000米的海底，在這樣的深度，一個指甲蓋大小的面積就要承受300公斤的壓力，相當于四個成年人的體重?！昂Ｅ！痹谥圃鞎r，就經(jīng)過了嚴格的抗壓試驗，能到達海底5000米的壓力設計標準。
在進入水里之后，“海?！币獫摰剿畲笥?000米的深海海底，在那里，“海牛”要靠它的三條“腿”，行走在地形復雜的海底。
“海?！钡奈淦魇巧砩系?4根鉆桿，每根兩米五長。像左輪手槍的子彈一樣排列在圓盤之上。圓盤旋轉，機械手取桿上膛，鉆進巖層。然后再接入下一根鉆桿。
“海?！苯有躲@桿的速度非常快，大概需要兩分五十多秒，遠遠快于國外的鉆機。
鉆頭相當于是“海?！钡摹瓣鹘恰?，由金剛石和硬質(zhì)合金制成。海底的巖層有的硬，有的軟?！昂Ｅ！钡摹瓣鹘恰彪S時有可能被卡住。好在，“海?！笨刹皇恰蔼毥谦F”，而是名副其實的“三頭牛”。
技術人員設計了三種類型的鉆頭。一種是專門針對硬巖地層的鉆頭；一種是沉積物軟巖地層的鉆頭。還有一種是根據(jù)需要，全面鉆進不取巖芯的鉆頭。
“海?！痹谏詈Ｅ俚桌绲卣畟€小時之后，終于觸到了海底以下近60米的深度，取出了底質(zhì)樣本。經(jīng)過隨船專家組的確認，由湖南科技大學、中國科學院海洋研究所和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局共同研制開發(fā)的“海底60米多用途鉆機”深海試驗成功。
這次海試成功，也標志著我們國家自主具備了深水海底取樣的能力。這項技術的運用將極大地提高、推進我國加快深海海洋地質(zhì)科學以及巖土工程領域技術的提高。
“海牛”面對四項挑戰(zhàn)
挑戰(zhàn)一：給海?！笆萆怼?br /> 第一個挑戰(zhàn)在設計階段就擺在了科研人員面前，那就是“海?！钡捏w重問題。一般來說，鉆機的鉆進能力越強，重量也越大。可是在海上，如果鉆機太重，很多船舶和絞車都難以承受?？蒲腥藛T通過長達四年的輕量化設計，成功幫助“海牛”“瘦身”。
相對于國外同樣鉆進能力的鉆機而言，“海?！钡闹亓恳p了百分之二十到三十。
挑戰(zhàn)二：三千米深海遠距離"遙控"
第二個挑戰(zhàn)就是要隔著三千多米的海水遠距離控制“海?！薄Ｔ谏詈Ｔ囼炛?，“海?！钡谝淮蜗滤汪[起了脾氣，在海底不受控制?？蒲腥藛T只好收回“海?！?，連夜排除故障。
連接海牛的光纖被稱為“臍帶”，科考船發(fā)出的指令都通過“臍帶”遠距離傳送到海底，指揮“海?！鄙砩弦话俣鄠€傳感器進行動作。
挑戰(zhàn)三："突然襲擊"的暗流大浪
經(jīng)過一天的排查和調(diào)整，海牛再一次下水?！昂Ｅ！泵鎸Φ牡谌齻€挑戰(zhàn)在風浪。海上作業(yè)可能會遇到海底暗流和海面大浪，科考船隨時可能被甩開幾米甚至幾十米遠，拉扯到正在海底鉆探的“海牛”。為此，科研人員在下水前，給海牛的“臍帶”綁上了15個黃色的浮球。
挑戰(zhàn)四：傳統(tǒng)取芯耗時長風險大
“海?！泵鎸Φ牡谒膫€挑戰(zhàn)是時間。深海鉆探最主要的目的是取出海底的巖石樣本。傳統(tǒng)的取芯技術，要將已經(jīng)鉆入地底的鉆桿拔出，拆卸之后取出巖芯，再全部重新裝回去，繼續(xù)鉆進。鉆進六十米深度，大約需要五天時間。在深海，作業(yè)時間越長，可能遇到的危險和問題也就越多?！昂Ｅ！眲t采取了更為先進的“繩索取芯”技術，這種方式比傳統(tǒng)“鉆桿取芯”方式節(jié)省約80%的時間。
“海?！背鏊?，科研人員從它的背上卸下一根根包含著底質(zhì)樣本的小管子。里面藏著從海底地層不同深度取出來的“珍寶”。除了礦藏的信息，還給科研人員帶來各種關于大海本身的“密碼”。
“海牛”的本事大，但是操作起來卻比較簡單?，F(xiàn)在的操控程序實現(xiàn)了“一鍵操作”功能，點一個按鈕，可以實現(xiàn)整個一大段步驟的連續(xù)性操作。
此外，海牛的整體造價相對較低。和進口同類設備相比要便宜一半甚至三分之二。這也為我國未來大范圍進行海底勘探提供了條件。下一步，科研人員還將根據(jù)深海試驗的數(shù)據(jù)，對“海?！钡墓δ茏鲞M一步改進。