2024年11月17日，“梦想”号在广州正式入列。这艘“钢铁巨鲸”的正式列装，标志着我国拥有了自己的大国重器，成为向深海进入、深海探测、深海开发领域迈出的坚实一步。正如其名，这艘船承载的不仅是科学家的地幔之梦，更是一个海洋强国向深蓝挺进的战略宣言。

“梦想”号在引起世界各国广泛关注的同时，也激发更多国人对大洋钻探产生浓厚兴趣。大洋钻探又称大洋科学钻探，是通过地质钻探方法来探索整个地球内部系统，它通过钻取海底沉积物和岩石样本，为科学家提供了直接研究地球深部结构和演化过程的独特机会，也为评估现代地质过程和自然灾害提供了科学工具。自20世纪60年代启动以来，大洋钻探计划经历了数十年的发展，取得了众多突破性成果，它不仅加深了我们对地球内部构造和动力学的理解，还为探索生命起源和演化提供了重要线索。在全球气候变化日益严峻的今天，大洋钻探在重建古气候、预测未来气候变化等方面也发挥着不可替代的作用。大洋钻探作为地球科学领域一项具有革命性意义的研究方法，经历了怎样的发展历程，其核心技术与研究应用领域是什么，它的未来发展又将如何?

理查德·费曼曾说：“我们对太阳内部物质分布的认知远比对地球内部的认识要多”。时间回溯到100年前，科学领域对地球的认知可能仅和采矿工人一样。后来通过地震波，我们知道地球由地核、地幔和地壳组成，而地壳和上地幔之间的分界被称为莫霍面。这对科学家们来说还是太模糊了，毕竟“眼见为实”，如果能在海床上钻个孔，穿透莫霍面并获取上地幔样品，用以探明地球内部岩石的性质，将极具科学价值。

第一次大洋钻探科学考察（莫霍计划）是在1961年进行的，科学家们希望在墨西哥附近的太平洋4 000米深的海水之下再钻5 000余米，穿透相对较薄的地壳岩石，到达莫霍面。一位海洋学家曾把这次钻探的难度称之为“试图从帝国大厦（高381米）顶层用面条在人行横道上钻个孔”。该计划最终未能实现目标，实际钻探深度仅为海底以下183米，但它开发了动态定位等关键技术，为后续的大洋钻探计划奠定了基础。1968年，“格罗玛·挑战者”号钻探船的下水，标志了深海钻探计划（Deep Sea Drilling Program, DSDP, 1968—1983）的正式启动，这是第一个系统性的国际大洋钻探项目。

在深海钻探计划的基础上，大洋钻探计划（Ocean Drilling Program, ODP, 1985—2003）于1985年启动，该计划采用了“乔迪斯·决心”号钻探船。该船建造于 1978 年，原是一艘商用石油勘探船，改装为科学研究用途后，接替了之前的“格罗玛·挑战者”号，开始为大洋钻探计划工作，并凭借更强的钻探能力和更好的实验室，显著提高了科学产出。进入21世纪，综合大洋钻探计划（Integrated Ocean Drilling Program, IODP, 2003—2013）于2003年启动，标志着大洋钻探进入了一个新的发展阶段。该计划采用了多平台钻探策略，包括“乔迪斯·决心”号、“地球”号和“特定任务平台”，大大扩展了研究的时空范围。2013年，国际大洋发现计划（International Ocean Discovery Plan, IODP, 2013—2024）接替综合大洋钻探计划，继续推动大洋钻探科学的发展。这些计划的实施不仅深化了我们对地球系统的理解，也促进了国际科学合作和技术创新。

时间再回溯到2019年2—8月，为提前布局规划2024年后大洋钻探的发展方向与核心任务，国际大洋发现计划的各成员国密集召开5次专题研讨会，并组建国际顶尖科学家团队，编制《面向2050大洋钻探科学框架》。经一年多时间的修订完善，该框架于2020年10月以《大洋钻探—探索地球》（Exploring Earth by Scientific Ocean Drilling）正式发布。相较以往计划，该框架更注重学科交叉融合，覆盖了地球科学领域的诸多核心问题，并构建三大支撑体系：七大战略目标聚焦生命宜居性、板块构造、气候系统等关键方向；五大旗舰计划瞄准气候变化、深部探测、灾害评估等重大任务；四项赋能元素涵盖科普、海陆联钻、比较行星研究、技术与大数据分析等板块，全方位支撑大洋钻探技术发展。这份框架凝聚了国际地球科学界的集体智慧，依托过去数十年积累的丰硕成果与技术升级，为21世纪中叶的大洋钻探事业勾画出一幅清晰而广阔的发展蓝图。

整个大洋钻探计划是地球科学领域迄今历时最长、规模最大、影响最深、成效最强的国际科学合作研究计划，也是引领当代国际深海探索的重要科技平台。各历史阶段的大洋钻探计划都取得了很多重大科研成果，不同阶段的科研成果在兼顾延续性的同时也各有侧重。

深海钻探计划阶段（DSDP, 1968—1983）通过精细探测研究，验证了海底扩张与板块构造学说，为板块运动研究提供了坚实实证。科研团队针对太平洋边缘俯冲带开展钻探，系统探测分析洋壳基底火成岩，揭示了洋壳形成演化规律，并还原了新生代古气候变迁历史；还意外发现高有机碳含量的白垩纪黑色页岩，为古海洋与生物演化研究提供了珍贵样本。研究成果成功验证了热点假说，完善了地球内部动力学理论；而深部生物圈的发现，也为生命起源及极端环境生命适应机制研究开辟了新路径。

大洋钻探计划阶段（ODP, 1985—2003）围绕地球演化的关键问题取得了多项重要成果：验证了大西洋贫岩浆型大陆边缘破裂机制及其与洋壳形成的关联；揭示了喜马拉雅隆升及其风化对海洋化学环境的影响；明确了地球轨道周期对地中海沉积的调控作用；探究大火成岩省环境效应并填补了相关领域的研究空白；证实了南极与澳大利亚分离的地质运动推动了南极冰盖的形成，为全球气候变冷的历史进程提供解释依据；还钻取了天然气水合物与热液硫化物矿床样品，为海底资源勘探和地质研究提供支撑。

综合大洋钻探计划（IODP, 2003—2013）在其实施的十年间，极大推动了固体地球科学研究，解锁了地球演化奥秘，提升了公众对全球气候变化的重视。通过深海钻探，科研人员揭示了古新世—始新世极热事件，重建了赤道碳酸盐补偿深度与海平面变化的时间序列，并在深部生物圈与天然气水合物研究中取得重大突破。

国际大洋发现计划（IODP, 2013—2024）在海洋探索中也取得诸多重要突破：证实了大陆破裂新模式，更新大陆演化认知；揭秘了热带气候系统对全球气候的影响；破解了许多海底地质作用机制。相关成果提升了环境变化预测与灾害预警能力，为应对全球气候变化提供了科学支撑。

大洋钻探的成功实施离不开一系列先进技术的支持。

钻探平台是大洋钻探的基础设施。“乔迪斯·决心”号能在深海环境下进行钻探，最大作业水深可达8 000米；而“地球”号则配备了更为先进的立管系统，可以在更恶劣的海况下进行作业，最大作业水深可超万米。“特定任务平台”的灵活机动性较大洋钻探船差一些，而且只能进行钻探作业，无法完成综合性的科考任务，当然它的运行成本也较大洋钻探船低得多。

大洋科学钻探船目前有两种成熟的钻探作业模式，即隔水管钻探作业和无隔水管钻探作业。隔水管钻探作业是将钻井平台与海底通过隔水管直接建立一条物理通道，下方接有海底防喷器，通过隔水管实现钻井液循环模拟陆上钻井过程。无隔水管钻探作业则是不使用隔水管，而将钻杆直接下放进海水中实施钻探作业。当钻探任务聚焦于天然气水合物、油气资源等可开采资源的勘探与开采时，会采用隔水管技术，为资源开采提供稳定、安全的作业保障；而如果钻探任务仅以大洋科学探测为核心，不涉及资源开采等特殊需求，那么原则上并不会选用隔水管技术。

钻孔重返系统实际上主要针对无隔水管钻探作业，它本质上是多系统的组合，主要包括高分辨率的声呐扫描系统、深水电视和返孔锥装置，能实现钻孔重返的关键在于这些系统之间的紧密配合。海底钻探首次作业时，工作人员先将漏斗状返孔锥精准安放于预定孔位，该装置配备声呐反射器，可起到精准定位作用。随后钻杆沿返孔锥中心通道钻入海底，正式开展钻探作业。若钻头因长期使用磨损失效，工作人员会将钻杆整体回收并更换钻头，返孔锥则作为定位基准留存海底，以待后续钻杆重新对接。换装新钻头后，下端搭载高分辨率扫描声呐探头的钻杆再次布放入海，探头通过接收返孔锥上声呐反射器的回波信号锁定钻孔位置。数千米深海线缆如同信号传输链路，可将海底回波数据稳定回传至船上操控中心。随即船舶动力定位系统启动，对船位进行精密微调，引导钻探工具逐步靠近返孔锥。待钻杆与返孔锥达到安全作业距离后，工作人员结合深水高清实时影像与钻杆智能辅助装置，使钻杆精准对准原孔并顺利下入，实现钻探作业的无缝接续。

大洋钻探船这类“海上巨无霸”能在4000米深的海浪中保持稳定，离不开动力定位系统。动力定位系统就像是深海钻探平台自带的“水中漂浮稳定器”。大洋钻探船在远海作业时，无需依靠锚链、缆绳这类外部固定工具，仅凭船上搭载的专属推进设备发力，便可实时抵消海风、海浪、洋流造成的偏移与晃动，既能将船体精准稳定在指定作业位置，也可沿预设航线准确航行，是保障深海钻探任务顺利实施的核心装备。

动力定位系统包括实现钻井平台动态站位所需配备的全部装备，主要分为四大部分：

控制系统 控制系统会实时从测量模块抓取平台姿态、周边海洋环境等动态数据，再结合操作人员预设的作业模式，精准算出实际状态与标准目标值之间的偏差。随后依托专业智能控制算法，快速生成精准调控指令，把优化后的控制信号下发给动力单元与推进系统。依靠这套闭环联动逻辑，就能让动力定位系统持续输出适配推力，稳稳守住作业平台的预设姿态与精准位置。

测量系统 在动力定位系统里，测量系统就好比整套设备的感知神经网络。它能够全天候精准捕捉海浪、洋流等外界干扰因素，并实时采集作业平台自身姿态的动态数据，再把所有收集到的参数信息统一转化为电信号，实时传输给控制系统进行处理。测量系统又可细分为位置参考系统和各种传感器组成的传感器系统。

推进系统 推进系统是整个动力定位系统的最终“执行者”，所有针对动态稳位的精密调控与算法运算，最终都要落到它的实际动作上。这套系统会根据现场作业需求与自身设备特性，灵活输出让船体微调移动的推力或扭转力矩。相较于常规船舶的动力来源，专为深海动态定位设计的推进系统，结构搭配更灵活、技术也更复杂。这些先进推进设备不仅能提供单一方向的常规推力，还能多角度灵活发力，实现全方向精准控位。

动力系统 动力系统就像是大洋钻探船的“能量心脏”，肩负着为全船供能的重要使命。既要为推进系统提供源源不断的动力，支撑其完成精准控位动作，还要为船上所有用电设备 “输血供能”，保障各项作业顺利运转。从功能上划分，动力系统主要分为两大核心板块：负责产生电能的发电系统，以及统筹分配电能、保障供电稳定的配电系统。

在茫茫大海中开展钻探作业，船只就像一片随波逐流的落叶，时刻被海浪裹挟着上下颠簸。为了攻克这个难题，“乔迪斯·决心”号特意配备了重达400吨的升降补偿装置，它就像一个智能“缓冲垫”，能实时感知船体的起伏波动，及时抵消海浪颠簸对钻探作业造成的不利影响，让钻进保持稳定。除此之外，“乔迪斯·决心”号所使用的钻杆，也和陆地上用的普通钻杆大不相同。它自带“减震功能”，是一种专门设计的“缓冲钻杆”，能够有效吸收船体上下振动带来的冲击力，进一步保障钻探过程的平稳。

取样技术是大洋钻探的核心，包括活塞取样、旋转钻探取样和压力取心等。这些技术能够获取不同深度和类型的样本，从松软的沉积物到坚硬的基岩。特别是压力取心技术，可以在保持原位压力的情况下获取含天然气水合物的样品，为研究深海能源资源提供重要手段。

测井技术是大洋钻探中获取原位地球物理数据的关键方法。将各种测井仪器下入钻孔，可以获得地层的电阻率、声波速度、自然伽马等物理参数，这些数据对于解释地层结构、岩性特征和流体分布具有重要意义。近年来，随钻测井技术的发展使得科学家们能够实时获取钻孔数据，大大提高了钻探效率和科学产出。

大洋钻探在板块构造与地球动力学研究、古气候与古海洋环境重建、深部生物圈与生命起源等多个科学领域发挥着重要作用。

首先，大洋钻探提供了直接观测板块边界和地幔物质的机会。通过研究大洋中脊、俯冲带和转换断层的钻探样本，科学家们能够深入了解到板块运动机制和地幔对流过程。例如，在大西洋中脊的钻探揭示了洋壳形成的详细过程，而在马里亚纳海沟的钻探则为了解俯冲带的板块构造活动和物质循环提供了重要线索。

其次，大洋钻探获取的长序列沉积物样本为研究地球气候演变提供了宝贵资料。通过分析沉积物中的微体化石、同位素和地球化学指标，科学家们重建了过去数百万年的气候变化历史，揭示了冰期——间冰期规律、季风变迁等重要气候过程。这些研究不仅深化了我们对地球气候系统运作机制的理解，也为预测未来气候变化提供了科学依据。

再次，科学家们在海底数百米深的沉积物和岩石中发现了大量微生物，这些生物构成了地球上最大的生态系统之一。深部生物圈的研究不仅拓展了我们对生命极限的认识，也为探索地球早期生命和地外生命提供了重要参考。此外，大洋钻探还在海底热液系统和冷泉区发现了独特的化能自养生态系统，这些发现为研究生命起源和早期演化提供了全新视角。

展望未来，大洋钻探将继续朝着技术创新、跨学科研究和国际合作的方向发展。新一代钻探平台和取样技术正在研发中，旨在实现更深、更精确的钻探技术。例如，智能钻探技术将结合人工智能和自动化控制，提高钻探效率和安全性。同时，新型原位测量仪器和实验室分析技术将提供更高分辨率、更全面的数据，为科学研究提供更强有力的支撑。

跨学科研究是大洋钻探的另一个重要发展趋势。随着地球系统科学理念的深入，大洋钻探将更加注重不同学科之间的交叉融合。例如，将地球物理学、地球化学、生物学和气候学等多学科方法相结合，可以更全面地理解地球系统的运作机制。此外，大洋钻探还将与行星科学、能源科学等领域紧密结合，拓展其研究范畴和应用价值。

国际合作仍将是大洋钻探发展的重要推动力。随着科学问题的复杂化和研究成本的增加，国际间的协同合作越发重要。未来的大洋钻探计划将打破国界壁垒，成为各国科研机构与科学家携手前行的“深海探索共同体”。它将进一步深化国际间的科研协作，推动各国共享勘探资源、科研数据与研究成果，凝聚全球科研力量，携手并肩应对各类全球性科学难题，共同解锁更多深海奥秘，探索地球更多未知角落。

大洋钻探作为地球科学领域的重要研究手段，在过去半个多世纪中取得了丰硕的成果，极大地推动了我们对地球系统的认识。从板块构造到古气候重建，从深部生物圈到生命起源探索，大洋钻探为解答地球科学中的诸多问题提供了关键证据。随着技术的不断进步和国际合作的深化，大洋钻探将继续在探索地球奥秘、应对全球性挑战方面发挥重要作用。

从岩心采样到生态监测，“梦想”号的航迹丈量着中国科技从跟跑到领跑的征程。正如赵九章院士所言：“科研要急国家之所急，还要先走一步”，这艘科考船正在以全球首个全海深综合科考平台的姿态，为人类命运共同体构建深海命运纽带，用行动诠释着“只步为尺测乾坤”的永恒追求。