大洋鉆探計劃(Ocean Drilling Program)是由美國國家科學(xué)基金會(huì )主持的，全球研究地球結構和演化過(guò)程的科學(xué)家和研究機構共同參與的一個(gè)國際性研究計劃。目前，該計劃每年投資約4500萬(wàn)美元，資金由8個(gè)國家或國際組織提供，分別是德國、日本、英國、美國、中國、法國、澳大利亞/加拿大/中國臺北及韓國組成的海洋鉆探協(xié)會(huì )和歐洲海洋鉆探協(xié)會(huì )，這一伙伴關(guān)系的正式名稱(chēng)是“地球深層采樣聯(lián)合海洋機構” (Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling，簡(jiǎn)稱(chēng)“JOIDES”)。其中，美國承擔60%的費用，其它正式成員每年承擔300萬(wàn)美元，準會(huì )員每年承擔50萬(wàn)美元。該計劃的主要目標與任務(wù)是通過(guò)研究海底巖石和沉淀物所包含的大量地質(zhì)和環(huán)境信息，獲得地球的演化過(guò)程和變化趨勢。該計劃的科學(xué)研究活動(dòng)依賴(lài)于大洋鉆探船來(lái)開(kāi)展和實(shí)施。截止目前，該計劃共開(kāi)展了四個(gè)階段的科學(xué)研究活動(dòng)：第一階段：深海鉆探計劃（DSDP，1968～1983年）；第二階段：大洋鉆探計劃（ODP，1985～2003年）；第三階段：綜合大洋鉆探計劃（IODP，2003～2013年）；第四階段：國際大洋發(fā)現計劃（IODP，2013～2023年）。50年來(lái)，科學(xué)大洋鉆探在全球各大洋鉆井三千余口、累積取芯超過(guò)40萬(wàn)米，所取得的科學(xué)成果驗證了板塊構造理論，創(chuàng )立了古海洋學(xué)，揭示了氣候演變的規律，發(fā)現了海底“深部生物圈”和“可燃冰”等，取得了一次又一次的科學(xué)突破，引起了整個(gè)地球科學(xué)領(lǐng)域的革命。

鉆探計劃實(shí)施50年

深海鉆探計劃（Deep Sea Drilling Program），是大洋鉆探計劃的第一階段，從1968開(kāi)始實(shí)施，至1983年結束。

為了獲取地殼、地幔之間物質(zhì)交換的第一手資料，美國自然基金會(huì )從1966起開(kāi)始籌備“深海鉆探計劃”。1968年8月，“挑戰者”號深海鉆探船第一次駛進(jìn)墨西哥灣，開(kāi)始了長(cháng)達15年的深海鉆探。從1968年8月11日開(kāi)始至1983年11月計劃結束，“格羅瑪·挑戰者”號船完成了96個(gè)航次，鉆探站位624個(gè)，實(shí)際鉆井逾千口，航程超過(guò)60萬(wàn)公里，回收巖心9.5萬(wàn)多米。除冰雪覆蓋的北冰洋以外，鉆井遍及世界各大洋。深海鉆探的原始資料與成果按每個(gè)航次一卷匯編成《深海鉆探計劃初步報告》(Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project)，至1985年已出版80余卷。該階段研究所收集的大量資料已成為地球科學(xué)的寶庫，其研究成果驗證了海底擴張和板塊構造說(shuō)、創(chuàng )立了古海洋學(xué)、證實(shí)了俯沖增生和構造侵蝕作用、獲取了邊緣盆地的資料、揭示了中生代以來(lái)的板塊運動(dòng)史、闡明了洋底玄武巖的性質(zhì)和證實(shí)了地質(zhì)歷史上的偶然事件。除上述貢獻外，深海鉆探計劃在全球性地層對比、成巖作用、地震火山形成機理、深海鉆探技術(shù)以及海底礦產(chǎn)資源等方面也有新發(fā)現、新進(jìn)展。綜合來(lái)說(shuō)，深海鉆探計劃為地球科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。

國際大洋鉆探計劃（Ocean Drilling Program），是大洋鉆探計劃的第二階段，從1985年開(kāi)始實(shí)施，至2003年結束。

“國際大洋鉆探計劃”始于1985年墨西哥灣的第100航次，啟用“決心”號作為新的鉆探船。到2002年6月止，該船共接受來(lái)自40多個(gè)國家的近2700名科學(xué)家上船考察，鉆取的巖芯累計長(cháng)達215公里，鉆探最深達海底以下2111米，鉆探作業(yè)的最大水深達到了5980米，共在全球各大洋鉆井近3000口。通過(guò)該計劃，科學(xué)家揭示了洋殼結構和海底高原的形成，證實(shí)了氣候演變的軌道周期和地球環(huán)境的突變事件，分析了匯聚于大陸邊緣深部流體的作用，發(fā)現了海底深部生物圈和天然氣水合物，導致地球科學(xué)一次又一次重大突破。

綜合大洋鉆探計劃（Integrated Ocean Drilling Program），是大洋鉆探計劃的第三階段，從2003年開(kāi)始實(shí)施，至2013年結束。綜合大洋鉆探計劃是一項旨在通過(guò)研究海底沉積物和巖石來(lái)探索地球歷史和結構的宏大國際研究計劃。該計劃的規模目標最為雄心勃勃，以“地球系統科學(xué)”思想為指導，計劃打穿大洋殼，揭示地震機理，查明海洋深部生物圈和天然氣水合物，理解極端氣候和快速氣候變化的過(guò)程，為國際學(xué)術(shù)界構筑起新世紀地球科學(xué)研究的平臺，同時(shí)為深海新資源勘探開(kāi)發(fā)、環(huán)境預測和防震減災等實(shí)際目標服務(wù)。鉆探船也由“大洋鉆探計劃”時(shí)的一艘增加到兩艘以上，其鉆探范圍擴大到全球所有海區（包括大陸架淺海和極地海域），領(lǐng)域從地球科學(xué)擴大到生命科學(xué)，手段從鉆探擴大到海底深部觀(guān)測網(wǎng)和井下實(shí)驗。綜合大洋勘探計劃在深部生物圈、地球殼幔結構、俯沖工廠(chǎng)和地震活動(dòng)、古環(huán)境記錄及海底資源探測等方面均取得了大量成果。

國際大洋發(fā)現計劃（International Ocean Discovery Plan），是大洋鉆探計劃的第四階段，計劃從2013年10月開(kāi)始實(shí)施，預計至2023年結束。2011年6月，《2013～2023年國際海洋發(fā)現計劃》公布，該報告闡述了未來(lái)10年新的IODP重點(diǎn)發(fā)展的4大領(lǐng)域：氣候與海洋變化、生物圈前沿、地球表面環(huán)境的聯(lián)系和運動(dòng)中的地球?？傮w科學(xué)目標是通過(guò)對海洋的研究認識地球生命起源，探索地質(zhì)演化歷史和過(guò)程，理解地球圈層之間的相互作用。報告同時(shí)闡述了新的IODP在這4個(gè)研究領(lǐng)域中未來(lái)發(fā)展面臨的14個(gè)挑戰：1 地球氣候系統會(huì )對大氣CO2濃度升高做出怎樣的反應；2 氣候系統對化學(xué)擾動(dòng)影響海洋的情況下的適應性是怎樣的；3 冰原和海平面如何對氣候變暖做出響應；4 什么因素控制區域降水，它與季風(fēng)或厄爾尼諾現象是否有聯(lián)系；5 深海生物群落的組成、起源和生物化學(xué)機制是什么；6 什么限制深海生物的生命；7 生態(tài)系統和人類(lèi)社會(huì )對環(huán)境變化的敏感程度如何；8 地幔的組成、結構及活動(dòng)狀態(tài)情況是怎樣的；9 地幔融化與控制洋中脊結構的板塊構造有何相互作用；10 大洋地殼和海水之間化學(xué)交換的機制、程度和歷史；11 俯沖帶如何產(chǎn)生周期性的不穩定狀態(tài)及如何生成大陸地殼；12 什么機制控制毀滅性地震、山崩及海嘯的發(fā)生；13 什么特性和過(guò)程控制深海碳的儲存和流動(dòng)？14 洋流怎樣將深海構造、熱學(xué)過(guò)程和地球生物化學(xué)過(guò)程聯(lián)系在一起。

相比于綜合大洋鉆探計劃，國際大洋發(fā)現計劃更加強調科學(xué)新意、突出社會(huì )需求。新計劃以探索海洋深部了解整個(gè)地球系統為目標、以預測未來(lái)為己任，展示了海洋科學(xué)、乃至地球科學(xué)最前沿的誘人前景。在技術(shù)上發(fā)展新手段，不再以“鉆探”為限，將向海底井下觀(guān)測預警、海底微生物的檢測培育和鉆穿地殼探索上地幔等方向和領(lǐng)域發(fā)起新挑戰。

大洋鉆探船

大洋鉆探計劃之所以能順利實(shí)施并取得如此輝煌的成就，大洋鉆探船是關(guān)鍵。大洋鉆探船是全世界深海高技術(shù)的集成，能夠在水深數千米的海底實(shí)施鉆探，是目前在海底深部取樣的唯一手段。大洋鉆探計劃開(kāi)展40余年來(lái)，共有3艘專(zhuān)用的大洋鉆探船為該計劃提供服務(wù)，即DSDP時(shí)期的“格羅瑪·挑戰者”號、ODP時(shí)期開(kāi)始使用至今的“喬迪斯·決心”號和綜合大洋鉆探階段加入的“地球”號；前兩艘船由美國建造出資建造，后者為日本貢獻。此外，歐洲大洋鉆探聯(lián)盟（ECORD）自綜合大洋鉆探階段以來(lái)提供“特定任務(wù)平臺”實(shí)施IODP航次，不過(guò)并沒(méi)有固定的鉆探船，而是根據不同科學(xué)任務(wù)臨時(shí)租用相應的鉆探船或平臺。

“格羅瑪·挑戰者”號

 “格羅瑪·挑戰者”號鉆探船（Glomar Challenger）是1966年美國為深海鉆探計劃（DSDP）專(zhuān)門(mén)新建的一艘鉆探船，也是隨后15年深海鉆探計劃中唯一的專(zhuān)用鉆探船。該船于1968年在美國德克薩斯州完成建造，船長(cháng)121米，寬19米，排水量10500噸，最大工作水深約6100米，是第一艘能在水深大于6000米的海底進(jìn)行鉆探的船舶?！案窳_瑪·挑戰者”號中部的井架高43米，井架頂高出海面61米，鉆桿直徑為12.15厘米，隨船可攜帶近7000米的鉆桿?！案窳_瑪·挑戰者”號裝備有動(dòng)力定位系統，能在9級風(fēng)速時(shí)進(jìn)行正常作業(yè)；配置有縱橫搖與升沉補償系統，保證船的縱搖和橫搖不超過(guò)9°。

1968年8月11日，“格羅瑪·挑戰者”號首航墨西哥灣，拉開(kāi)了深?？茖W(xué)鉆探的序幕，正式為DSDP服務(wù)，直至1983年DSDP結束。1968年至1983年間，“格羅瑪·挑戰者”號共完成96個(gè)航次，在除北冰洋之外的各大洋的624個(gè)站位上鉆井1112口，取得巖芯97000余米。該鉆探船目前已退役。

通過(guò)研究“格羅瑪·挑戰者號”所獲得的寶貴巖芯，科學(xué)家們取得了大量重要的科學(xué)發(fā)現。其中，最引人注目的就是DSDP第3航次在南大西洋的鉆探。研究結果表明：南大西洋洋殼的年齡沿洋中脊兩側逐漸變老，這一重大發(fā)現有力地證實(shí)了海底擴張學(xué)說(shuō)。此外，DSDP在地中海的鉆探發(fā)現：地中海曾經(jīng)是一個(gè)干涸的湖泊，這一結果轟動(dòng)了當時(shí)的科學(xué)界。

“喬迪思·決心”號

“喬迪思·決心號”（JOIDES Resolution）鉆探船，原名“Sedco/BP 471”號，是一艘石油鉆井船，于1978年在加拿大的Halifax船廠(chǎng)建成，最初為美國Sedco公司和英國石油公司所有，用于墨西哥灣的海洋油氣勘探。1985年1月，該船在美國帕斯卡古拉完成用于科學(xué)考察工作的適應性改造后，成為大洋鉆探計劃（ODP）的專(zhuān)屬鉆探船。在2007年至2008年間，“喬迪思·決心”號鉆探船在新加坡對生活樓和實(shí)驗室部分進(jìn)行了升級改造?！皢痰纤肌Q心”號鉆探船目前仍是國際大洋發(fā)現計劃（IODP）實(shí)施的主力船型。

“喬迪思·決心”號鉆探船船長(cháng)143米，船寬21米，滿(mǎn)載排水量18636噸（吃水約7米），月池直徑7米，井架高度61.5米，大鉤載荷590噸，具備操作9150米鉆桿的能力，采用非隔水管鉆探方式。它采用雙軸雙槳電力推進(jìn)方式，每軸功率為3300千瓦。它具備動(dòng)力定位能力，配置了10臺550千瓦的可伸縮式全回轉推力器，還配置了2臺550千瓦的側推裝置，可在7.5米波高、60節風(fēng)速、3節流速的環(huán)境條件下定位。該船配置了7臺柴油發(fā)電機，其中5臺2100千瓦，2臺1500千瓦。該船還配置了2臺550千瓦的泥漿泵，6個(gè)泥漿池共400立方米，8個(gè)散料罐共386立方米。該船的液艙儲量包括4000立方米柴油、1300立方米鉆井水、160立方米飲用水和800立方米壓載水。該船配置了4艘70人封閉式救生艇，5只25人氣脹式救生筏。該船定員130人，其中OPD官員和科學(xué)家60人，鉆井操作人員和船員70人?！皢痰纤肌Q心”號鉆探船采用無(wú)隔水管鉆探方式，無(wú)需下放防噴器組，對月池尺度需求較小，采用的是直徑7米的圓形月池，該船航速約為10節。

“喬迪思·決心”號鉆探船的主要功能是對海底土壤進(jìn)行鉆探并取樣，同時(shí)對提取出來(lái)的巖芯進(jìn)行實(shí)驗分析?！皼Q心號”鉆探船采用單根操作，自動(dòng)化程度低，鉆探作業(yè)十分耗時(shí)。在5500米水深作業(yè)時(shí)，下放鉆桿的時(shí)間需約12小時(shí)。當鉆桿到達海底時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行取芯作業(yè)。取芯器具通過(guò)鉆桿中心下放，隨鉆桿轉動(dòng)鉆入地層，通過(guò)回收取芯器取出巖芯。一般來(lái)說(shuō)，完成一次取芯器的下放和回收需要90分鐘。當鉆深較深時(shí)，由于地層土壤的物理特性會(huì )有很大變化，需要更換適合該土壤切割的鉆頭，這就需要把鉆桿一節一節的提取出來(lái)。在更換鉆頭后，鉆柱再在聲納系統的導引下重新進(jìn)入原來(lái)的鉆孔進(jìn)行鉆探。鉆探船上配置有船載實(shí)驗室，可及時(shí)對提取出來(lái)的巖芯樣品進(jìn)行巖石學(xué)、古生物學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)等方面的分析研究，船上同時(shí)配有冷藏存儲區對巖芯進(jìn)行低溫保存，以便運回陸地做進(jìn)一步的研究。

1985年1月至2013年9月，“喬迪斯·決心”號先后為“大洋鉆探計劃”和“綜合大洋鉆探計劃”服務(wù)，共完成145個(gè)航次，鉆井2236口，獲取巖芯279993米。這些巖芯為固體地球旋回與地球動(dòng)力學(xué)、地球過(guò)去氣候變化和深部生物圈等方面的研究提供了寶貴材料。

“地球”號

為了在新世紀的大洋鉆探中與美國、歐洲等國競爭領(lǐng)導權，日本政府斥巨資建造了“地球”號鉆探船?！暗厍颉碧栥@探船2002年初下水，2005年交船，總造價(jià)達到了驚人的5.4億美元，是世界上第一艘采用隔水管鉆探的大洋鉆探船。該船于2007年正式為IODP服務(wù)，但是由于“地球”號運行費用十分昂貴，每年只能有4個(gè)月時(shí)間用于科學(xué)鉆探，其他時(shí)間則需要尋找機會(huì )從事商業(yè)鉆探，從而獲得相應的經(jīng)濟收入來(lái)補充科學(xué)研究的運行費用。

“地球”號是為特定目標而建造的一艘立管鉆探船，為日本海洋研究開(kāi)發(fā)機構（JAMSTEC）所擁有，由其旗下的深部地球探測中心（CDEX）負責運行。該船可容納200人（包括船員、鉆探工人、技術(shù)人員和科學(xué)家），續航力為20000海里。

“地球號”鉆探船船長(cháng)210米，船寬38米，型深16.2米，滿(mǎn)載排水量57500噸（吃水約9.2米），月池長(cháng)21.9米，寬12米，井架高度70.1米，大鉤載荷1250噸，具備操作10000米鉆桿的能力，采用隔水管鉆探方式，隔水管鉆探最大作業(yè)水深2500米（具備升級至4000米作業(yè)水深能力）。它配置了6臺4200千瓦的全回轉推力器，3臺位于尾部，3臺位于首部，同時(shí)配置了1臺2550千瓦的首側推裝置。尾部推力器實(shí)現航行功能，該船經(jīng)濟航速10節，最大航速12節，6臺全回轉推力器共同實(shí)現動(dòng)力定位能力，可在4.5米波高、23米/秒風(fēng)速、1.5節流速的環(huán)境條件下定位。該船配置了6臺5000千瓦的主柴油發(fā)電機，還配置了2臺2500千瓦的輔機。

“地球”號鉆探船的主要功能是對海底土壤進(jìn)行鉆探和取樣，并對提取出來(lái)的巖芯進(jìn)行實(shí)驗分析。該船配置了先進(jìn)的鉆探系統，采用隔水管鉆探方式，配置有海底防噴器，通過(guò)閉式泥漿循環(huán)將巖屑攜帶出來(lái)，隔水管鉆探最大作業(yè)水深2500米。該鉆探船上同樣配置有船載實(shí)驗室，可及時(shí)對提取出來(lái)的巖芯樣品進(jìn)行巖石學(xué)、古生物學(xué)、地球物理學(xué)和地球化學(xué)等方面的分析研究。船上同時(shí)配有冷藏存儲區對巖芯進(jìn)行低溫保存，以便運回陸地做進(jìn)一步的研究。

“DP Hunter”號

“DP Hunter”鉆探船于1978年由新加坡Far East Livingstone造船廠(chǎng)建造，2002年在波蘭進(jìn)行了加裝鉆探系統改造，是一艘具備動(dòng)力定位能力、能支持潛水作業(yè)的鉆探船。該船是IODP歐洲船舶平臺的主要用船；同時(shí)，多家礦產(chǎn)公司租用該船對海洋礦產(chǎn)資源進(jìn)行了勘探和資源評價(jià)。

“DP Hunter”鉆探船總長(cháng)104米，垂線(xiàn)間長(cháng)95.2米，船寬18.8米，吃水5.2米，排水量8150噸，總載重量4500噸，月池長(cháng)7.6米，寬6.1米，配置了SeaCore R100鉆塔，采用無(wú)隔水管鉆探方式。船尾配置了2臺2000馬力的全回轉推力器和1臺800馬力的管隧式推力器，船首配置了2臺800馬力以及1臺1000馬力的管隧式推力器。尾部2臺全回轉推力器實(shí)現航行功能，該船最大航速11.5節，經(jīng)濟航速為9節。6臺推力器共同實(shí)現動(dòng)力定位能力，動(dòng)力定位等級為DP-2。該船定員128人，12間單人間，24個(gè)雙人間，17個(gè)四人間。

“DP Hunter”鉆探船的主要功能是對海底礦物進(jìn)行鉆探并取樣。從2006年開(kāi)始，加拿大鸚鵡螺公司租用該船在巴布亞新幾內亞專(zhuān)屬經(jīng)濟區俾斯麥海和所羅門(mén)海內的勘探執照區進(jìn)行了多金屬硫化物礦藏的巖芯鉆探取樣。2011年，加拿大鸚鵡螺公司從巴布亞新幾內亞獲得俾斯麥海20年的開(kāi)采租賃權。其中，第一個(gè)站點(diǎn)被稱(chēng)為Solwara1，探明的儲量約有21個(gè)足球場(chǎng)的大小，包含24萬(wàn)噸銅、2.5萬(wàn)磅黃金，還有銀和鋅，總價(jià)值可達到30億美元。日前，鸚鵡螺公司正在我國的馬尾船廠(chǎng)進(jìn)行采礦船的建造。另一家澳大利亞礦業(yè)公司Neptune在其新西蘭的專(zhuān)屬經(jīng)濟區的多金屬硫化物勘探工作中，也是租用了“DP Hunter”進(jìn)行海底鉆探取樣，對礦區進(jìn)行資源評價(jià)。

中國的大洋鉆探船

我國于1996年初正式向該計劃的牽頭單位美國國家科學(xué)基金會(huì )提出加入申請并承諾繳納有關(guān)費用。1998年，中國作為“參與成員”加入該計劃，于1999年4月正式加入國際大洋鉆探計劃。通過(guò)競爭，我國贏(yíng)得了1999年春在南海實(shí)施首次大洋鉆探的機會(huì )，并由中國科學(xué)院院士、同濟大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院汪品先教授擔任首席科學(xué)家。國家自然科學(xué)基金委員會(huì )資助汪品先院士等進(jìn)行的“東亞古季風(fēng)的海洋記錄”研究就是國際大洋鉆探計劃的一部分，汪院士作為首席科學(xué)家成功主持了南海大洋鉆探184（ODP-184）航次活動(dòng)，取得了一系列科研成果，“ODP184航次報告”于2000年出版。

經(jīng)國務(wù)院批準，國家科技部于2004年2月6日成立中國IODP委員會(huì )并建立聯(lián)絡(luò )員制度，同時(shí)組建中國IODP專(zhuān)家委員會(huì )和中國IODP辦公室，標志著(zhù)中國積極參與大洋鉆探科學(xué)研究的競爭，并成為國際群體中的重要成員。

從2013年底正式啟動(dòng)的新十年“國際大洋發(fā)現計劃”是由中國科學(xué)家建議、設計并主導。中國也正式成為“新十年國際大洋發(fā)現計劃”的“全額成員”，并在該計劃科學(xué)咨詢(xún)機構所有工作組享有代表權、在每個(gè)航次擁有兩個(gè)航行科學(xué)家的名額。

人類(lèi)向深海進(jìn)軍，恰值我國建設海洋強國、致力華夏振興的時(shí)期。就目前的國際形勢來(lái)看，發(fā)展深?？茖W(xué)，中國幾乎是世界上唯一既有實(shí)力、又有愿望的新推手，在國際合作中應當抓住時(shí)機挺身而出。

工欲善其事必先利其器?？茖W(xué)大洋鉆探船是深海研究中的“航空母艦”，中國如果想在深?？茖W(xué)研究領(lǐng)域迎頭趕上，具備國際競爭力，就必須籌劃建造自己的大洋鉆探船。在過(guò)去40多年的大洋鉆探計劃里，美國和日本因為擁有了先進(jìn)的大洋鉆探船，其深?？萍妓酱蠓岣?，人才隊伍快速成長(cháng)，成為全球深海研究中的重要力量，始終占據著(zhù)大洋鉆探的領(lǐng)導權?？梢?jiàn)誰(shuí)擁有大洋鉆探船，誰(shuí)就能站在深?？萍几偁幍闹聘唿c(diǎn)。我國一旦擁有了自己的大洋鉆探船，在國內必然會(huì )極大地促進(jìn)深?？萍嫉陌l(fā)展，使整個(gè)海洋事業(yè)升級，在國際則必然進(jìn)入深海研究的前沿與核心。

我國已經(jīng)充分認識到了大洋鉆探船的重要性，所以正逐步加大這方面的投入和研究力度。為落實(shí)《中國制造2025》制造強國戰略目標，推進(jìn)船舶工業(yè)供給側結構性改革，加快提升海洋工程裝備研發(fā)創(chuàng )新能力，工信部于2016年7月下發(fā)的《高技術(shù)船舶科研計劃項目指南》(2016年版)中已經(jīng)把“大洋勘探船船型開(kāi)發(fā)”列為重點(diǎn)研究?jì)热?，以提升我國深海礦產(chǎn)資源勘探開(kāi)發(fā)裝備的自主創(chuàng )新能力。