中國深度

中國深度發布時間： 2013-03-06 | 作者：陳瑜 我國12000米鑽機關鍵部件全部實現國產化，成為叩問「地宮」的尖兵利器

「深部探測」將實現我國礦集區3千米深度「透明化」

我國地下的全貌圖將得以繪製

「蛟龍」號載人潛水器下潛至深海7062米，創下世界深潛新紀錄

各種深海技術裝備將陸續投入應用

改變了特深井鑽探裝備依賴國外的局面

劉 峰 「蛟龍」號載人潛水器7000米級海試現場總指揮

「蛟龍」探海，創世界同類型載人深潛器新紀錄；中國「深部探測專項」，挺近地心給地球做B超；叩問「地宮」，12000米鑽機成尖兵利器……上天不易，入地更難，在過去十年，中國深度一次次被刷新，數字的背後，是從無到有的突破，從關鍵部件依賴進口到大部分或全部實現國產化後的揚眉吐氣。

深潛7062米 漫遊洋底 2012年7月16日，歷經日夜兼程的長途跋涉，搭載「蛟龍」號載人潛水器的「向陽紅09」船在鼓樂聲中緩緩駛入青島奧帆中心碼頭，創下作業型深潛器7062米世界新紀錄的海試團隊受到了祖國人民的熱烈歡迎。

訂立7000米這一目標，還是十年前的事。

7000米級海試現場總指揮劉峰清楚地記得，那是2001年12月1日的一個雪天，堵車，車裡的他卻掩飾不住地興奮，他剛應聘成為863計劃「7000米載人潛水器」項目總體技術專家組組長、項目負責人。

2001年，中國大洋協會簽約，在東太平洋海域獲得了7.5萬平方公里、擁有專屬勘探權和優先開採權的多金屬結核礦區。

技術上，中國的6000米級無纜水下機器人CR-1在1995年試驗成功。機器人深潛與載人深潛的關係，就好比衛星與飛船的關係，CR-1的成功暗示著載人深潛很有希望實現。

2001年年底，各方專家編寫完成了論證報告；半年後，科技部批准立項。

在中國大洋協會辦公室的組織下，中船重工702所、701所、中科院瀋陽自動化所、中科院聲學所等單位分工協作，一場深海技術領域的攻堅戰拉開帷幕。

立項之初，我國研製過的最深載人潛水器只有600米。一步跨到7000米，是前所未有的大膽目標。

按照國際通常做法，應該先搞一個2000—3000米級的中間產品，再搞更大深度的。但這樣周期長，成本高。

當時團隊所有成員對大深度載人潛水器的了解僅限於照片，沒見過實物。「我們整個研製團隊沒有一個人看到過真正的載人潛水器裡邊是怎麼裝的，到底包含哪些功能，哪些部件。」「蛟龍」號第一副總設計師崔維成說。

但沒有困難能難倒我國科研人員。幾年過去，一個個難題都被攻克了。2007年9月1日，對於載人潛水器項目組而言意義非凡，曾經無數次在圖紙上、腦海里、夢裡見到的潛水器，終於完成了總裝「出爐」了。

2009年，蛟龍終於「走」出實驗室，帶著幾代海洋人的夢出航。

2012年進行的7000米級海試經歷的一波三折是四年海試的縮影。

「反覆試驗是為了把問題逼出來，不讓它潛伏。」7000米級海試臨時黨委書記劉心成說，「這種嚴謹求實的作風是載人深潛精神的『魂』。」

2012年6月24日，通過水聲通信系統，在馬里亞納海溝的7020米深度，葉聰代表同行的楊波、劉開周兩名試航員，清晰地向外層空間送出來自海洋深處的聲音。

從下潛幾十米到6000米，美、法、日、俄四國差不多花了50年。這50年間，中國完全缺席。而「蛟龍」號則用10年時間，趕超了世界強國。

(中國科技網) 透視3000米 「B超」地球

目前人類對火山噴發的短期形變只能進行有限觀測，但「深部探測專項」負責人、中國地質科學院副院長董樹文告訴記者，隨著2008年我國「挺進地心第一步」—— 中國「深部探測專項」的實施，未來人們有望在一個透明三維地球模擬器里，真切感受火山的正常「呼吸」、噴發前的「脹氣」。

「深部探測類似給地球做『B超』。」董樹文說，如果將地球比喻為一個雞蛋，目前人類對地球的了解尚停留在蛋殼層面，直接鑽探深度只有地下12千米，而整個地球的半徑就有6000多千米。

與此同時，迄今為止人類對深部的「蛋白」地幔和「蛋黃」地核的結構、組成、過程、狀態的了解，幾乎全部來自地震所產生的信息，以及藉助電磁波場、重力場和地磁場等進行的間接研究。

國際上，美國和蘇聯在20世紀60年代就啟動了自己的地殼探測計劃。21世紀初，澳大利亞提出了「玻璃地球」計劃，要使地下1000米變得「透明」。

地球深部探測需要巨額資金支持，長期以來，我國的地球深部探測計劃不得不被暫時擱置。隨著資源能源缺口日益凸顯、地質災害頻發，地球科學研究亟待跟進。

「資源能源缺口是立項的第一出發點。」董樹文說。該專項包含大陸科學鑽探選址與鑽探實驗、深地震反射剖面探測、大地電磁探測、地殼全元素探測等9個實驗項目，集合了12位院士、200多名研究員以及上千名科研人員，希望深層次摸清中國人腳下的每一寸土地:從中國地形三個台階形成的原因，到地震災害發生的原因，一直到油氣蘊藏、礦產分布。

地下空間，看不見，摸不著，用什麼辦法去研究呢？

「最直接的辦法就是往深部鑽探。」深部鑽探實驗項目負責人楊經綏說。

深部鑽探就是通過鑽孔獲取地下的新鮮物質，它能夠為研究礦藏、油氣成因提供最有效、最直觀的地球內部信息，在研究地震和火山噴發方面，也發揮著巨大的作用，因此深部鑽探也被稱為「超級鑽」。

目前，作為「深部探測專項」的實驗之一，我國在海拔4400米的喜馬拉雅山羅布莎地區、山東萊陽、雲南騰衝等地開展鑽探項目。

與「超級鑽」同步進行的是在西藏阿里的另一個實驗項目——深地震反射剖面探測。這種探測是採用人工地下「放炮」來模擬「地震波」，通過追蹤岩石圈和斷層對「震波」的反射信號，就能探明數十公里地下的結構，相當於給地球深層做一個「CT」。有了這個「CT」，一張我國地下的全貌圖便得以繪製。「超級鑽」和地球「CT」加上其他實驗項目，將實現我國礦集區3000米深度「透明化」。入地12000米 探囊取油

作為一個外行，在接觸12000米鑽機時，可能首先會有疑問：12000米鑽機造價太高，過去沒有它，中國的石油工業也走過這麼多年，有必要研製12000米鑽機嗎？

但我國油田礦場機械資深專家、中國工程院院士顧心懌力挺：「中國太需要12000米鑽機了！」

國家863計劃「萬米深井鑽探裝備」（12000米鑽機）項目負責人、寶石機械總工王進全告訴記者，隨著油越找越難，井越打越深，特深井鑽機研發製造成為各國在鑽井裝備領域競爭的重點方向之一，「鑽井裝備發展水平決定著鑽井工藝先進程度，特深井鑽井裝備的水平是衡量一個國家鑽井技術水平的重要標誌之一」。

2006年，科技部將該項目列為國家863計劃資源環境領域「先進鑽井技術與裝備」重大項目的一個課題。

從鑽機的總體設計到關鍵技術研發、核心部件的研製都必須自力更生，這是12000米鑽機研製項目立項之初，王進全和他的團隊定下的誓言，因為他們曾在9000米鑽機研製中遭遇國外技術封鎖的「切膚之痛」。

作為我國第一台9000米鑽機的主設計者，賈秉彥沒想到的是，居然連一張萬米鑽機的照片都沒有找到。12000米鑽機的井架、大鉤、轉盤等部件，比以前的鑽機大了許多，量變引起質變，部件的工作原理、設計思路都得從頭開始。如果把千米鑽機比作是普通載客飛機，那萬米鑽機就是太空梭，這兩者有著質的區別。

通過大量計算和分析，走訪油田與鑽機用戶溝通，反覆討論、試驗，賈秉彥和他的團隊開始確定12000米鑽機的主要技術參數、各部分的配套方案、傳動系統整體設計，前後完成了6套鑽機總體技術方案的設計。

2006年，在首個用戶中國石化組織的12000米鑽機全球招投標會議上，在和兩位分別來自美國和歐洲的強大競爭對手的比拼中，寶石機械以綜合總分第一的優勢中標。

王進全告訴記者，和外國公司提交的方案相比，採用先進的交流變頻電驅動和一體化儀錶技術是寶石自主設計的12000米鑽機的一大亮點。採用交流變頻驅動，簡化了機械傳動部件，提高了傳動效率；能夠實現無級調速控制，提高鑽機的運行效率；功率因數較高，節能降耗作用十分明顯；和直流驅動相比較，具有更高的作業安全性；最重要的是保證鑽機能夠實現智能化和自動化的控制和操作。

鑽機的八大件包括結構件、鑽井泵、絞車、天車、游車、大鉤、水龍頭、轉盤。「相比起9000米鑽機部分關鍵部件依賴進口，12000米鑽機的關鍵部件全部實現了國產化。」王進全終於兌現了當年的諾言。 創新驅動

「蛟龍」號推動各種深海裝備陸續投入應用

「蛟龍」號從研製到完成海試經歷了十個年頭，但深海載人潛水器的夢想卻經歷了兩代人，「蛟龍」號副總設計師胡震說，「蛟龍」號7000米級海試的完成僅僅是一個開始，意味著開發和探索深海的第一步剛剛邁出。

國家863計劃專家組成員、中科院瀋陽自動化所研究員張艾群認為，通過海試認識了深海，了解了深海，為今後其他深海裝備的發展提供了技術儲備，這是很重要的成果。在研製過程中，安排了不少的技術攻關項目，解決國外「卡脖子」的問題。

如今「蛟龍」號的示範、帶動作用已得到了體現。

從「九五」起，我國開始設立海洋技術領域，但很少涉及大裝備技術。在「蛟龍」號影響力還沒那麼大時，一個五年計劃只支持某一種深海裝備研發，但如今深海潛水器技術與裝備已列入國家863計劃「十二五」重大項目，已經支持了包括ROV（遙控潛水器）、AUV（自主潛水器）、深海鑽機、水下滑翔機等大型深海裝備研發，從點到線，未來還將實現譜系化。

「沒有『蛟龍』號的影響和顯示度，國家在這方面投入不可能大幅度增長。」張艾群說。

胡震說，各種深海技術裝備陸續投入到應用，這才是「蛟龍」號的真正意義所在。

地球「CT」繪製地下全圖增強災害預報能力

中國「深部探測專項」並非與人們的生活毫無關聯。楊經綏舉了個例子——「就拿不鏽鋼鍋需要的鉻鐵塗層來說吧，國內80%以上的鉻鐵礦消費需要依靠進口，而通過『深部探測專項』目前已經在西藏羅布莎礦集區發現鉻鐵礦內原位金剛石，這為今後在西藏發現更大型的鉻鐵礦床提供了科學依據。」

此外，在礦產勘探方面，「深部探測專項」還在長江中下游成礦帶首次實現了大型礦集區三維透明化，使礦集區地下3000米甚至5000米變得「透明」。

除此以外，地球「CT」在野外採集了2160公里的深地震反射剖面，相當於我國之前60年累計完成的深地震反射剖面總長度(約4500公里)的48%，由此繪製的地下全貌圖將增強我國預測預報地震等地質災害的能力，為防災減災提供數據和理論支撐。

「這些只是『深部探測專項』的一部分成果，隨著『深部探測專項』的開展，對於中國地下空間的探索，正在逐步深入。」董樹文指出，「深部探測專項」意味著我國加入探索地球內部的行列。

萬米深井鑽機勘探超深地層油氣

2007年11月，寶石機械自主研製的我國第一台擁有自主知識產權的12000米特深井鑽機通過了由中石油和中石化用戶共同組織的出廠驗收工作。驗收委員會對該鑽機給予高度評價，認為該鑽機在多項技術上有重大創新，是全球第一台陸地用12000米特深井交流變頻電驅動鑽機。

國家863計劃陸上資源與環境領域重大項目「先進鑽井技術與裝備」總體專家組組長、中國工程院院士蘇義腦評價，12000米特深井鑽探裝備的成功研製，使中國成為繼美國之後第二個擁有萬米級鑽探裝備的國家。該項目技術水平居於世界前列，大大提升了我國石油鑽井裝備的整體研發和綜合配套能力，同時也為我國陸上、海洋超深地層的油氣勘探提供了強有力的裝備保障和技術支持。

2008年4月，寶石機械研製的首台12000米鑽機在四川德陽孝泉鎮「川科一井」開鑽，歷經一年半，完成了該井的鑽探任務，鑽深7566米。該鑽機經歷了冬季、夏季自然環境與複雜地質條件和「5·12」汶川大地震的考驗，所有設備運轉正常，完成了《工業性試驗大綱》所規定的全部試驗與測試項目。

2010年7月，863計劃資源環境技術領域辦公室在成都組織召開了「萬米深井鑽探裝備」課題驗收會，驗收專家組一致通過了課題的驗收。至此，12000米鑽機項目圓滿地完成了研製任務。 專家展望

「蛟龍」年內再探海 或有女性深潛員參與

「蛟龍」號海試結束後，有關它的應用備受關注。

1月22日，新當選為山東省人大代表的國家深海基地管理中心主任、「蛟龍」號載人潛水器7000米級海試現場總指揮劉峰在接受記者採訪時透露，「蛟龍」號年內將先後赴南海及北太平洋開展科學研究。

在提到「蛟龍」號今年的新任務時，劉峰說，深海中心今年業務化運營的主要任務就是開展「蛟龍」號實驗性應用。預計今年6月，「蛟龍」號將執行大洋綜合科學考察第31航次任務，赴南海執行南海深部科學計劃，為科學家研究南海的形成、發展和未來趨勢提供技術支撐。

「蛟龍」號7月還將前往太平洋區域，先在東北太平洋我國多金屬結核勘探合同區進行小區域研究，然後到另一塊富鈷結殼資源區進行研究。整個航次將歷時100餘天，預計9月底返回青島。

「在多金屬結核勘探合同區，『蛟龍』號將進行水文、地質、環境、生物等全方位的調查，我們調查的只是合同區中的一小塊區域，那裡也將會是我國今後的試採區。」劉峰表示，目前國際上尚無國家進行深海資源開採，我國對深海資源的利用，也將經歷一個長期勘探、研究的過程。

據悉，目前深海中心僅有2名自主選拔培養的專業潛航員，今年將展開第二批潛航員招募工作。據劉峰介紹，此次深海中心將招募6位新人，其中包括2名女性，「培訓方案已經完成，涵蓋招聘的步驟、時間進度等相關方面，目前正在等待上級部門的批准。」劉峰說。

劉峰還透露，國家深海基地將於今年5月開工建設，預計2014年底交付使用。屆時，基地碼頭、深海裝備維護維修車間、大型試驗水池、科研辦公樓、潛航員培訓設施以及生活區等都將投入使用。此外，深海中心還將在原有碼頭設計基礎上進行優化，在不增加岸線的條件下，新增3個泊位，使得深海基地碼頭泊位增加至5個。

除此以外，2012年5月底，正在研製的中國深海空間工作站系統也首次向公眾展示。這種深海空間站形狀像一艘小潛艇，可以讓12人的團隊在1500米以下的深海待上至少十幾天。

中船重工702所副所長顏開表示，與「蛟龍」號相比，深海空間站的身軀可能重達幾百噸至幾千噸。「與用水面船控制潛水器進行水下作業相比，利用深海空間站進行水下作業，可避免海面上狂風惡浪的影響。」（本版撰文/本報記者 陳瑜）

《科技日報》（2013-3-6 九版）

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