入夜的西南印度洋，月朗星稀，万顷波涛湮没在无边的黑暗中，唯有“决心”号上灯火通明，上千米长的钻杆不停地旋转，悬挂在钻塔中间的升降补偿器，随着起伏的波涛缓缓移动，发出巨大轰鸣声。

1月16日夜晚，美国、英国、中国等12国科学家参加的大洋钻探项目——旨在打穿地球壳幔边界，进行过程十分艰难。钻探进入400米后，随着钻孔越来越深，钻机故障频发，已损坏3个钻头。为了尽快越过故障多发地带，“决心”号采用了力量更大的三牙轮钻头连续向下钻进而不取芯。目前，钻孔深度已突破600米，并恢复了正常取芯。

这次的目标是在西南印度洋中脊打一口1300米深的钻井，为人类打穿壳幔边界打下基础，现在进程已近半。科学家将西南印度洋中脊“亚特兰蒂斯浅滩”作为理想的钻探地点，是因为这里相对比较薄；而且近年来关于超慢速-慢速扩张洋中脊是地学领域最前沿的。洋中脊是地壳最薄的地方，慢速扩张洋中脊附近更薄，远小于正常洋壳7km左右的厚度。

再次钻取后，得到一管管来自海底的灰黑色岩芯，科学家们倍感振奋。在灯火通明的“决心”号岩芯甲板和各个实验室，他们按专业分成岩芯描述组、地球化学组、岩石物理组、古地磁组和微生物组，日夜轮流值守在岩芯的周围，描述、分析与研究。

来自中国科学院地质与地球物理研究所的刘传周和同济大学海洋地质国家重点实验室的马强，分别在火成岩和变质岩的岩芯描述组。

近半个多世纪来，地球科学取得了一系列辉煌成就，无不与大洋钻探这一科学研究手段相关。科学大洋钻探计划是地球科学领域迄今规模最大、影响最深、历时最久的大型国际合作研究计划，先后有3艘专用的深海钻探船为其服务，即“挑战者”号、“决心”号和“地球”号。

通过研究岩芯中的微生物，探寻地壳和含水的地幔中是否存在生命以及生命的极限，是本次大洋钻探的重要科学目标。美国微生物学家弗吉尼亚·埃奇库姆和贾森·西尔万已经从岩芯中采集了很多微生物样品，并将与中国国家海洋局第三海洋研究所的曾湘等人合作，深入研究地壳深处的微生物资源和海底岩层里微生物的多样性。

美国伍兹霍尔海洋研究所的亨利·迪克表示，针对海洋的科学研究需要全世界的科学家一起探索，中国科学家已经成为这个团队的重要组成部分。

1月16日，在“决心”号大洋钻探船上，中国同济大学海洋地质国家重点实验室的马强博士输入岩芯数据。

美国微生物学家弗吉尼亚（右）和杰森分析微生物样品

科学家工作现场

科学家提取的微生物样品

“决心号”大洋钻探船的夜晚

“决心号”大洋钻探船

2015年12月5日，搭载着来自美国、英国、中国等12个国家共30名科学家的美国“决心”号钻探船，驶向西南印度洋，开展打穿地球壳幔边界的第一次大洋钻探。这是国际大洋发现计划的第360航次，其目标是在西南印度洋中脊打一口1300米深的钻井，为今后人类钻穿壳幔边界打下基础。

乔迪斯·决心号是大洋钻探计划以及综合大洋钻探计划中所使用的一艘钻探船。该船原名为“Sedco/BP 471号”，是美国Sedco公司和英国石油公司所属的一艘商用石油勘探船。后改装供大洋钻探计划使用，改名为“乔迪斯·决心号”。“乔迪斯”音译自地球深部取样海洋研究机构联合体（Joint Oceangraphic Institutions Deep Earth Sampling）的英文简称JOIDES，“决心”（Resolution）是为了纪念18世纪英国著名探险家詹姆斯·库克率领“HRM Resolution号”探索太平洋与南极地区的冒险精神。

“乔迪斯·决心号”钻探船总排水量9050吨，船长度143m，宽度21m，钻塔高61.5m，能操作9150m钻杆柱，其钻探能力为9150m，钻探最大水深8235m，海底下最大钻探深度为4000m左右。与先前的“格罗玛·挑战者号”相比，“乔迪斯·决心号”功率更大，稳定性更好，钻进深度更深。船上装备有12个用于动力定位的强劲推进器和提升能力达400吨的世界上最大的升降补偿装置。该船还拥有1400平方米的七层实验室，可供沉积学、岩石学、古生物学、地球化学、地球物理学等方面的分析研究。

“乔迪斯·决心号”从1985年开始成为大洋钻探计划专属钻探船，到2003年9月共实施了111个航次（第100航次到第210航次）的调查，行程355781海里，足迹遍布全球各大洋，在669个站位钻了1797个钻孔，取心总数为35772个（取心长度总和35772米）。2004年，大洋钻探计划为综合大洋钻探计划所取代，“乔迪斯·决心号”继续为综合大洋钻探计划服役至今。

2015年12月18日，“决心”号钻探人员在通过船底与海水相连通的月池上安装返孔锥。

2015年12月19日，“决心”号钻探人员在钻探平台工作。

2015年12月19日，“决心”号水下摄像机传回的岩芯钻杆进入钻孔的画面。

西南印度洋中脊，让科学家着迷

半月谈网此前曾发表文章，详实地介绍“决心号”在西南印度洋钻探研究的相关情况。

近年来，西南印度洋中脊成为地球科学研究的热点地区。

为什么这儿会吸引全世界的科学家？原来，作为南极洲板块和非洲板块的分界线，西南印度洋中脊有独特的超慢速扩张和倾斜扩张的特征，可以让科学家一窥地壳深处的奥秘。

如果去除巨厚的水层，海底地形地貌实际上与陆地很相似：既有平原千里、丘陵逶迤，也有高山峡谷、沟壑纵横。其中，隆起于洋底的巨大“山脉”，成为一道道蔚为壮观的“大洋脊梁”。

西南印度洋中脊的西侧与大西洋中脊和美洲—南极洲洋中脊相交于布韦三联点，东侧与中印度洋中脊和东南印度洋中脊相交于罗德里格斯三联点。根据海底扩张和板块构造学说，洋中脊是洋底的“扩张中心”和新洋壳的“制造工厂”。热的地幔物质沿着脊轴不断上升并发生熔融，形成的玄武质岩浆凝固成新洋壳，并不断向两侧扩张推移。在不同的洋中脊，新洋壳的“制造”速度也不一样。

科学家根据洋中脊的扩张速率和岩浆供给量的不同，将洋中脊划分为快速、中速、慢速和超慢速四种主要类型。其中，超慢速扩张洋中脊是近年来最新划定的，以西南印度洋中脊和北极的加克尔洋脊最为典型。

慢速或超慢速扩张的洋中脊，地幔熔融不能产生足够的岩浆，因此地壳断裂非常普遍，广泛分布着“构造窗”，暴露出地壳的下层。这些“构造窗”是人类目前的钻探技术可以“触摸”到地幔边界的唯一场所。30名科学家前往的西南印度洋中脊“亚特兰蒂斯浅滩”，就是一处理想的钻探地点。

目前，科学家已经在西南印度洋中脊观察到很多独有特征，如广泛分布的大型拆离断层、出露海底的蛇纹石化橄榄岩、洋脊斜向扩张、显著变化的轴部水深地形等。深入研究西南印度洋中脊，对于认识超慢速扩张洋脊的岩石圈增生模式、完善地幔上涌模型、热液循环机制等，均具有重要意义。

环环相扣，打入海底的“岩石探针”

蔚蓝色的西南印度洋，连日来晴空万里。“决心”号大洋钻探船自12月16日晚抵达后，稳稳地停在南纬32度42分、东经57度17分的目标海域，开展大洋钻探工作。

亚特兰蒂斯浅滩位于海面下约700米深处。“决心”号抵达后，一个巨大的水下电视摄像系统和钻杆一起，通过船底与海水相连通的月池缓缓放入海底。所谓月池，是指垂直于海面、贯穿船体、与海水相连的一个空腔。在灯光的照射下，亚特兰蒂斯浅滩的神秘面纱被小心翼翼揭开，通过电缆线在船上电视屏幕上直播。

这是一片生机勃勃的海底世界。成群结队的小鱼被灯光吸引，像飞舞的雪花一样掠过电视屏幕，一只生活在海底的螃蟹，似乎刚刚被“不速之客”惊醒。

随着摄像机缓缓移动，亚特兰蒂斯浅滩上白色“沙滩”与黑色岩石相互交错的地形地貌一览无余。据英国卡迪夫大学克里斯托弗·马克里德教授介绍，由于这片海域洋流很大，海底沉积物大多被冲走，这些白色的“沙滩”其实是石灰岩，黑色岩石就是下地壳的代表性岩石——辉长岩。

经过近10个小时的搜寻，水下摄像机17日终于找到一块合适的平坦区域。“决心”号钻探人员连夜在此展开钻孔重返装置的安装工作。他们将钻杆、返孔锥下部导管和底座以及一个扩孔器套在一起，缓缓放入海底。钻杆抵达海底后，钻头开始钻进。随着钻孔一点点深入，返孔锥下部导管和扩孔器就会一点点嵌入钻孔。

18日傍晚，经过整整一天钻进，10多米长的导管和扩孔器已全部嵌入钻孔，返孔锥底座也安装在钻孔口。通过月池，工人们将漏斗状的返孔锥套在钻杆上，让它顺着钻杆落到海底的底座上。反转钻杆，扩孔器收缩，直径变小，就可牢牢固定返孔锥。

这些安装工作完成后，船上就可收回“打底孔”的钻杆，换上专门钻取岩芯的钻杆。19日下午，岩芯钻杆顺利进入了钻孔。科学家将这个钻孔编号为U1473A。今后一个多月中，“决心”号将一直在这个孔里钻取岩芯。

岩石是一定地质作用的产物，形成和稳定于一定的地质环境。每当地质环境改变，岩石也将随之改变。因此深入研究岩石，就能发现地球发展和演化过程的“蛛丝马迹”。大洋钻探犹如打入海底的“岩石探针”，直接获取珍贵的研究样品和科学数据。科学家期待通过钻取U1473A孔的岩芯，研究一系列科学问题。

深海研究，国际合作的“大舞台”

各司其职、井然有序、严谨认真、舒适整洁，这是记者在美国“决心”号大洋钻探船上工作生活的深切感受。

为了研究地壳、地幔的构造，揭示地球系统演化历史，多国科学家正在实施为期十年(2013年至2023年)的新一轮国际大洋发现计划(IODP)。中国是IODP计划的成员，“决心”号每年给予中国科考人员上船名额，2014年共有22位中国科学家登上“决心”号。

出航之际，总是船上工作人员最忙碌的时候。中科院地质与地球物理研究所的刘传周研究员、同济大学的马强博士等30名中外科学家则显得十分从容。登船介绍之后，科学家们就可以集中精力在会议室里讨论本航次的科学问题。

除了科学家团队，“决心”号上还有IODP计划的管理团队、船员以及钻探人员，共约130人。每位科学家在登船前都会获悉自己的房间、分组、工作时间等安排，井然有序。

“决心”号上的生活区和工作区也是严格区分，每层甲板都有明显的黄线标识，如果没戴头盔和防护镜，严禁进入工作区。登船10天后，船上运营负责人史蒂文·迈迪带领科学家们到驾驶台、轮机部和钻探甲板等船上区域参观。科学家们分成4组，迈迪则一丝不苟地讲解了4遍，详细介绍了船只定位、钻探等功能。

“决心”号不仅在外观上与一般船舶很不一样，内部结构也十分复杂,各种粗大的管道纵横交错，犹如迷宫。船上最醒目的标志物是中部耸立的一个45米高的钻塔，提升能力达400吨的船舶升降补偿装置悬挂在这个大钻塔上，十分壮观。

船上很多地方堆放了9.5米长的钻杆，钻探作业的时候，这些钻杆每3个结成一组，从后甲板起吊。钻井架位于船底的月池之上。月池里有一个伸入海中7米深的保护套管，钻杆和钻具通过这个保护套管抵达海底。

对于“决心”号上采集的岩芯样品，船上科学家拥有一年的优先研究权。一年以后，所有的岩芯样品将向全世界科学家开放。当然，前提是能提交好的研究计划并获得通过。在每个航次结束前，船上科学家都会获得本航次采集的岩芯描述、岩芯测试、井下地层流体监测数据等所有科考数据。

科普：揭秘“决心”号开展大洋钻探关键技术

从漂浮于茫茫大海的船上，伸出几千米长的钻杆，穿过海水找到确定的洋底位置，向下钻进千余米的孔，再把孔里的岩芯取到船上，这一看似简单的大洋钻探过程实则难度极大。

深海不能抛锚，如何将船只固定在同一钻孔的上方？当一个钻头磨坏后必须更换，如何保证新的钻头重返钻孔？海浪的频繁颠簸，如何保证几千米长的钻杆不被折断？要解决上述困难，“决心”号离不开三大关键技术：动力定位系统、钻孔重返系统与升降补偿装置。

“决心”号上安装了两个4500马力的主推进器和12个750马力的伸缩式推进器，由船上的计算机动力定位系统统一管理。当抵达预定钻探地点后，船上将一个声呐信号装置投入海底。该装置不断从海底发出声波信号，船上的接收装置将接收的信号输入计算机。当船从固定的孔位上方漂移时，计算机就能根据声波信号，测出漂移的方向和距离，并将数据传给船上的推进器。推进器立即开始工作，自动校正调整船舶位置。这一系统可保证“决心”号在浪高7.5米海况下，将船位控制在水深2％范围内。

钻孔重返系统包括高分辨率的声呐扫描系统和返孔锥装置。在首次钻探时，将漏斗状的返孔锥安放在钻孔位置，钻杆通过返孔锥钻入海底。钻头磨损后，要将钻杆取出更换，返孔锥仍留在海底。更换钻头后，将带有水下摄像机的钻杆放到海里。船上通过接收钻孔附近的声呐发射器信号，调整船舶位置。当钻杆与返孔锥相距不远时，船上通过观察海底摄像机，辅助以钻杆上自动装置，让钻头落入返孔锥中。

在大海中钻探，船只时刻都会随着海浪上下颠簸。为解决这一问题，“决心”号上安装了400吨的升降补偿装置，以随时补偿船体随波起伏给钻探带来的不利影响。此外，“决心”号上使用的钻杆也与陆地上用的不一样，是一种可以吸收上下振动的“缓冲钻杆”。

为了提高钻探效率、减少起钻、下钻次数，“决心”号还采用了绳索取芯系统。取芯管放在钻杆内，通过钢丝绳与钻塔的牵引器连接，当取芯管装满岩芯后，牵引器就将其提升上来。由于每次钻探的任务不同，“决心”号上开发了多种型号的取芯管。本航次将采用“回转取芯管”。这是一种旋转的取芯工具，每次能在坚硬的岩石中取出９．５米长的岩芯。

在海底钻探，钻孔中的岩屑如果不及时处理，可能会像“蚁冢”一样堆积在钻孔口周围。这种“蚁冢”超过一定高度势必垮塌，如果垮塌的岩屑重新落入钻孔，就会妨碍钻具旋转，甚至卡钻。因此，决心号还专门设计了一个工作系统，通过海水和泥浆的循环作用将岩屑从孔口排出，并清扫掉孔口周围的“蚁冢”。

（注：以上综合新闻所涉及的文字、图片，作者为张建松。）

（观察者网综合新华社、半月谈网等消息）