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该文章首发于国土资源科普与文化 大洋科学钻探项目的发起，可以追溯到 20 世纪海洋地质与地球物理学的迅猛发展，特别是1909 年莫霍不连续面的发现、1912 年大陆漂移学说的提出和1962 年海底扩张学说的提出，直到 1966 年板块构造理论的提出。大洋科学钻探的前身是 1957年美国加州大学思科瑞普斯海洋研究所和普林斯顿大学提出的打穿莫霍面计划。 1968 年美国正式启动大洋钻探科学计划。自1968 年起，国际大洋钻探经历了深海钻探计划（ Deep Sea DrillingProgram， 缩 写 为 DSDP， 1968—1983年）、大洋钻探计划（ OceanDrilling Program，缩写为 ODP，1985 — 2003 年） 、综合大洋钻探计划（ Integrated Ocean DrillingProgram，缩写为 IODP， 2003 —2013 年）和国际大洋发现计划（ International Ocean DiscoveryProgram，缩写为 IODP， 2013 —2023 年） 4 个 阶 段。 截 至 2018年 12 月，大洋钻探利用“挑战者号”“决心号”“地球号”和欧洲特定任务平台等多艘船只，在全球各大洋累计完成 283 个航次，在 1 647 个站位上完成了 3789 个钻孔，采获深海岩芯总长度约 430 千米。国际大洋科学钻探从DSDP、 ODP 到 IODP，取得了惊人进展。首先，它验证了根据地球物理资料提出的板块构造学说。板块构造理论、量子力学、相对论和分子生物学并称 20 世纪世界科学的四大进展。世界大洋科学钻探对板块构造理论的验证起到了决定性的作用，推动了以板块构造为标志的地学革命。不仅如此，大洋钻探还建立了古海洋学，拓展了全球变化研究；发现了海底广泛分布的天然气水合物，发现了深海极端条件下的生命群落。它为地球科学带来一次又一次重大突破，把地质学从洋陆过渡带扩展到深海大洋，改变了固体地球科学几乎每一个分支原有的发展轨迹，其成果实现了地球科学革命。中国于 1998 年正式成为 ODP 会员，2004 年正式成为 IODP 的会员。随后中国科学家在 1999 年、 2014 年和 2017 年成为 ODP184 航次、 IODP349 航次和 IODP367-368 航次的首席科学家。 大洋科学钻探是人类科学史上迄今为止全球参与度极高、影响力极大的一项国际大学科计划。 2018 年，全球多数国家为“国际大洋钻探 50 年”举行了庆祝活动。作为大洋科学钻探的主力钻探船——“决心号”在整个大洋钻探过程中做出了重要贡献。 “决心号”自 1985 年开始执行大洋钻探计划任务起， 30 多年来，驰骋万里大洋，硕果累累，但其中也有许多不为人知的辛酸往事，“弃船”事件就是其中之一。 探秘“决心号” “乔迪斯·决心号”的“决心”一名，来自 18 世纪英国探险家詹姆斯·库克的探险船。“决心号”原名为“SEDCO/BP471”号， 1978年建造于加拿大，原是美国 SEDCO 公司和英国石油公司所属的商用钻探船，投入墨西哥湾石油勘探作业，后经改装，用于大洋钻探计划，由此更名。 “决心号”的总排水量为 9 050 吨，船长 143 米，宽 21 米，钻塔高 61.5 米，吃水 5.5 米，续航力 75 天，能操作 9 150 米的钻杆柱，钻探能力为 9 150 米，最深工作水深为 8235 米，最浅工作水深为 75 米，海底以下最大钻探能力为 8 385 米。船上安装有两个 4 500 马力的主推进器和 12 个 750 马力的伸缩式推进器，用于动力定位。由计算机系统统一控制的动力定位系统可以保证“决心号”在浪高 7.5 米的海况下，将船位控制在水深 2% 的范围内。同时，船上安装有 400 吨的升降补偿装置，其主动和被动提升补偿系统可以在钻进和取芯时相对于船身提升 4.9 米，这可以避免在钻探和取芯过程中钻头和孔底的频繁撞击。另外，“决心号”配备的“缓冲钻杆”、孔口防喷装置和重返钻孔装置进一步提升了其先进性和安全性。 自 1985 年投入使用以来， “号”历经大洋钻探（ 1985—2002）、综合大洋钻探计划（ 2003—2012）、国际大洋发现计划（ 2013—2023） 3 个阶段，共完成 167 个航次，在 910 个站位钻探了 2 472 个孔（统计数据截至2018 年 12 月）。 ODP 163 航次是在 152 航次基础上，为进一步研究火山型大陆边缘张裂和洋陆转换而专门设计的两航次钻探的第二个钻探航次。钻探位置位于格陵兰岛东南的大陆边缘，属拉布拉多海北端，丹麦海峡南端，介于北冰洋和北大西洋之间。该地区属亚极地气候，年平均气温零度以下，全年盛行北风和东北风，每年10月至翌年8月为冰期。 每年6月，来自北极的冰山，向南经丹麦海峡过本区， 后随西岸的东格陵兰寒流漂流南下，给航运造成极大困难。 “弃船”事件始末 1995 年 9 月 7 日 0800UTC（ 世界时间，船舶航行在国际水域，使用世界时间），“号”从冰岛雷克雅未克港出发，前往 163航次的第一站——988 站位。考虑到当时的海面冰情，“号”雇用了一艘辅助船，用于瞭望和推开海面浮冰，等等。次日 0915UTC，辅助船报告作业区存在很多浮冰和冰山，特别是钻孔附近，有一座 5 米高、 300 平方米大小的冰山。 9 月 8 日1115UTC，“号”到达预定工作位置后发现，在作业点上方还有一座冰山，正以 1 节（速度单位，相当于 1.8 千米 / 小时）的速度向西南方向移动。“号”位于冰山后方，等待冰山移开。 1230UTC，冰山移开， “号”在作业点首先投放信标（声学应答装置，在海底用于标定钻孔在海底的位置）。该位置离格陵兰岛东南 56 千米，水深 262.6 米。 2115UTC“号”就位，开始在 998 站位进行钻孔。
9 月 10 日 0345UTC， 由 于 恶 劣 天 气 和 较 浅 的 水 深， 导致“号”顶驱系统毁坏。由于事故无法继续工作， 10 日1830UTC，返回雷克雅未克港。“号”在站 1 天 22 小时 30分钟，共钻 5 孔，钻深 32 米，取芯 9.6 米，取芯率 30%。 在冰岛的雷克雅未克港进行顶驱和钻机的其他部件维修后，“号”于 9 月 16 日前往南部的 989 站位进行工作。 9 月 16日 1445UTC 开始投放信标。但由于海流较大，三次投放才成功。孔号 989A，水深 495.5 米。 “号”于 16 日 2000UTC 开钻。9 月 17 日 1100UTC，监测船报告在 6.3 千米处有一座 100 米宽（注意，“号”的宽度为 21 米）， 15 米高的冰山向“号”靠近。在 4 次尝试驶离冰山失败后，“号”停止取样工作，提钻至海底以下 14 米。此时冰山突然转向，向“号”靠近。因船上的起降设备正在用于别的工作，无法起钻。在冰山距离“决心号” 900 米时，船长下令将船后退 800 米，强行提出钻杆，以便能够及时躲避冰山。冰山从船侧 10 米处通过，钻杆和底部的钻具组合都很顺利地回收，钻杆系统没有发生损坏。工作人员更换了 C-7 硬岩钻头和三个钻铤，准备继续钻 989A 孔。
然而，几次尝试重返 989A孔都失败了。工作人员于 9 月 17日 2400UTC，在 989B 孔开钻。由于钻头太轻，花了 420 分钟才钻进 5.2 米。而此时 7.4 千米外有一座冰山正向“决心号” 靠近。另据气象局报告，最近两天此地区有强风。“决心号”提钻后决定不再下钻 989B 孔，而是前往990 孔。 9 月 20 日 1930UTC，“决心号”向东南移动 9 千米， 到达990 孔。 9 月 20 日 2145UTC， 布 放990A 孔定位信标。此孔的目标是从海底以下180米处开始取样，直到基岩。由于大风，钻至海底以下 41 米时，提钻终止工作3 小 时。 于 9 月 21 日 0645UTC重钻该孔，钻至海底以下 27 米时，因避让一座大的冰山，不得已重新提钻终止工作。冰山过后，重钻至海底以下 45 米时，又提钻避让另外一座冰山。此后用了 2 个小时洗孔，重又到达海底以下 45 米的深度。 9 月 22 日0515UTC， 钻至海底以下63米时，瞭望台发现一座更大的冰山正向“决心号”靠近。“决心号”随即起钻，避让。此时，冰山距离“决心号” 10 米。由于恶劣的海况，雷达和海冰辅助船不能准确监测海冰。 15 分钟后，“决心号”起钻。等待 10 小时后， 9 月 22 日1530UTC，重钻 990A 孔，钻至海底以下 182 米，因需更换钻头，起 钻。 9 月 24 日 0322UTC， 重钻 990A 孔， 1600UTC，由于大风，起钻。那一日下午起 10 级大风，持续到夜间，风速 60 节，浪 高 20 ~ 30 英 尺（ 1 英 尺 =0.3米）。到次日 1100UTC，风浪开始减小。由于大风和冰山缘故，工作人员数次起钻、终止。其间大风还刮坏了监测视像系统，船上工作人员花了 5 小时维修。这次风暴中，起重机驾驶员 AndyFitzmorris 在暴风中抢救钻具时韧带撕裂。第二天1505UTC，直升机将其送往格陵兰岛，然后转至冰岛进行救治。 9 月 25 日1700UTC，重钻 990A 孔，至海底以下 260 米时卡钻。故障解决后，由于冰山影响，提钻。 9 月 27 日 2100UTC，编号为107 高 135 米的冰山从船侧 900 米的距离向南飘过“决心号”。27 日 2115UTC，重钻 990A 孔，钻至海底以下 260 米开始取样。取样在海底以下 260 ~ 302.7 米间进行，非常顺利，并保持较高取样率，之后又钻至海底以下 343.1 米。
9 月 28 日，科考队接到丹麦气象预报， 29 日早晨起将有北东向强风生成，并将持续到 10 月 1 日。 9 月 28 日凌晨开始 40 节的大风，中午时增大到 50 节，浪高 18 节。 涌浪从东、北方向过来，船体升沉幅度达 16~18 英尺，周期很短。涌浪补偿器跳出水面，船体姿态极不稳定。在这种情况下，科考队停止取样，将钻杆升至海面以下 144 米，等待天气转好。至 1800UTC，风力下降至 20 节，然后风力增大。到 9 月 29日 0200UTC 时，风力逐渐从 40 节降为 20 节。到 0600UTC风力持续为 63 ~ 66 节，并增大到 76 节，此时“决心号”已难以控制。强风将“决心号”持续吹向岸边，此时离岸约 48千米，且冰山密布。风力增大到 80 节时，由于风浪太大，每次大浪，船体都会跃出水面，导致螺旋桨加速空转，前发动机受损。这时船体已无法采取顶风的方向和定位，船长及时汇报了船的情况，并做出“弃船”不抵抗台风的决定。 船体在大风中以 4 节的速度向南漂移。 9 月 30 日早晨，风力持续在 75 ~ 78 节，瞬时风力大于 100 节（这是船载测风仪的最大刻度值）。强于 75 节的大风持续了 26 小时。气象站惨遭损毁。 9 月 30 日 1245UTC，驾驶台被风浪击碎， 驾驶台遭水淹。“决心号”的计算机系统、雷达系统和动力定位等系统全部失灵。 10 月 1 日 0400UTC 风力减小到 57 节，但浪高依然达 60 英尺， 驾驶台再次进水。0720UTC，前推进器失灵，另外，多个推进器也失灵。 1500UTC， 风力降至 37 节，波高 25 英尺。此时的“决心号”仍以 4节的速度向南漂移，并有极大的可能撞上冰山。再晚些时候，风暴减弱，“决心号”主推进器恢复工作，船体恢复到部分可控状态，随后调整为顶风的姿态航行。船长决定前往雷克雅未克港进行维修，但随后船上的两位首席科学家收到通知，要求“决心号”回哈利法克斯进行全船的结构和系统检查与维修。这也完全取消了“决心号”再回格陵兰继续进行本航次钻探的计划。至此，东南格陵兰大陆边缘钻探航次全部结束。 “弃船”的经验及教训 “决心号”“弃船”事件有两个问题值得今后船体设计时借鉴。 （ 1）高海面、短周期（ 8 ~ 10 秒）波浪条件下，“决心号”推进器露出水面后失去阻尼，高速旋转导致发热，致使推进器发动机烧坏。推进器应该设计保护系统，当失去阻尼时，发动机停止旋转。 （ 2）强风情况下，风浪击碎了驾驶台窗户，导致水淹驾驶台，并导致计算机、雷达、动力定位等系统失灵。对驾驶台玻璃应进行加强设计，以避免受风时的破碎，引起后续事故发生。 “决心号”在哈利法克斯进行了彻底修复，并根据当时在海上遇到的情况进行了多项技术改进。为此，科学家和技术人员对如何更好地开展海洋科学调查研究进行了更深入的讨论。更长远地，为应对更恶劣的海洋情况，科技人员需要从两个方向开展工作：一是造更大的船舶以抗击更恶劣的海况；二是在海底布置无人的海底观测站，并连成网络，从而可以不受任何海况的约束而源源不断地获得数据。现在看来，这两个方向的努力，正在开花结果。 2006 年“决心号”更换了全新的钻探系统和其他的关键技术装备，几乎是一艘全新的大洋钻探船。世界上多个海底网络，如日本的 DONET 网等，已经建成并投入使用。海底网络是海洋科学研究手段的一项革命。这个手段几乎完全摆脱了海洋环境对人类认知海洋的束缚，可以全天候、不间断地获得所需要的海洋数据。 应该看到，海底网络观测刚刚起步，海底网络建设需要很长的时间去完善。目前及以今后较长的一段时间内，水面船舶的观测仍将是主流手段。 大洋地壳是如何生长的、大陆地壳是如何破裂的，大陆地壳和大洋地壳是如何接触的等问题是板块构造理论需要回答的几个根本问题。东南格陵兰大陆边缘被认为是典型的火山型大陆边缘。对该大陆边缘进行钻探能够获得有关格陵兰大陆破裂与西北大西洋发育，以及西北大西洋发育的最老年龄等关键信息。 163 航次是大洋钻探继 152 航次之后安排的一个关键航次，旨在对大陆破裂和大洋扩张进行研究。尽管因为天气原因该航次只完成预定任务的一半，但仍取得了非常重要的科学认识。此外，该事件也让海洋科学家进一步思考海洋科学之不易，特别是海洋环境之恶劣。目前世界各国科学家仍在为认识海洋、经略海洋进行不懈努力。中国大洋钻探船经过科学家不懈努力，日前已经获得政府批准建设。谨以此文祝愿我国大洋钻探事业取得更加辉煌成就。
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