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1、第18卷第5期地球科学进展Vol.18No.52003年10月ADVANCEINEARTHSCIENCESOct.,2003文章编号:10018166(2003)05078906科学大洋钻探中的新技术孙连浦,周祖翼(同济大学海洋地质教育部重点实验室,上海200092)摘要:大洋钻探诸多科学目标的实现与包括钻探、取芯、测试和海底观测技术在内的各种新技术的开发和革新密不可分。即将开展的IODP计划,将对各种技术提出新的要求。在钻探技术上,将联合使用多平台,以实现区域更广深度更大的钻探作业;在取芯技术上,取
2、样范围更广,从各种岩石取样到地下流体的取样,并要求样品保持原始状态,同时确保获得更高的岩芯采收率;在测试上,要求采用随钻测试技术,以适时地获得地下真实信息;在观测技术上,要求开发各种工具,去除由于钻探造成的扰动,使得各种观测仪器能够进行长期的跟踪观测。关键词:科学大洋钻探;新技术;ODP;IODP中图分类号:P71文献标识码:A部生物圈、天然气水合物、极端气候、气候的快速变0前言化、大陆张裂和沉积盆地的形成、巨大火成活动区、20世纪50年代末期美国学者提出的Mohole21世纪莫霍钻、发震带等8个领
3、域进行优先研究,计划引发了科学大洋钻探事业的蓬勃发展,由其所试图对人类赖以生存的地球获得更全面、更深刻的[3]孕育的深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划认识。科学大洋钻探的各个计划的实施和即将(ODP)相继开展并得到了众多国家科学家的广泛实施、各计划所制定的科学目标、已经取得或即将取参与。在ODP即将结束历史使命之际,日本海洋科得的科学成就,都是与各种各样新技术的应用密切学与技术中心(JAMSTEC)雄心勃勃地提出了21相关的。正是新技术的不断开发,各种手段的不断[1]世纪的大洋钻探计划(OD21)
4、,美国也开始考虑革新,才使得科学家们能够在许多极端环境下开展[2]ODP后的科学大洋钻探问题。于是体现更为广工作(如极地和地下高压地层),在许多未知领域获泛国际合作精神的综合大洋钻探计划(IODP)应得认识(如天然气水合物及海底微生物群落),让许[3]运而生,并将于2004年开始实施。多科学畅想变为现实。可以说,没有来自技术进步DSDP为验证海底扩张和板块学说,为古海洋的先导,就不会有各种科学目标的确立,也就不会有[4]学的诞生,立下了丰功伟绩。ODP更是在天然气里程碑式成就的取得。大洋钻探已经和计划使用的水合
5、物、热液矿化作用、气候变化、海平面升降、板块新技术涵盖了钻探、取芯、测试和海底观测等各个方构造等诸多领域取得了令人瞩目的成就,最近在深面。本文对这些新技术做以简要介绍。[5]海生物圈研究中亦取得一定进展。IODP的科学1钻探技术目标尤其宏伟,计划在深部生物圈和洋底下的海洋,环境的变化、过程和影响,固体地球循环和地球动力从DSDP所使用的格罗玛挑战者号到ODP学等3个主题上开展工作,并在开始的10年内对深所使用的JOIDES决心号钻探船均是使用非立管收稿日期:20030523;修回日期:2003
6、0727*基金项目:国家重点基础研究发展规划项目暖池形成和演变的构造控制及其沉积证据(编号:G2000078501)资助作者简介:孙连浦(1970),男,黑龙江巴彦人,博士研究生,主要从事含油气盆地沉积学、石油地质学研究Email:sunlianpu@hotmail.com790地球科学进展第18卷钻探技术,它们所使用的动力定位和重返钻孔等先从钻孔回返到钻探船的通道,使得钻井泥浆能够重进技术无疑是海洋钻探史上的奇迹。不过
7、IODP新复加以利用,同时增大了钻速。钻井泥浆比起非立的科学目标要求在世界大洋的任何位置进行钻探和管钻探船所使用的作为钻井液的海水、密度和粘度连续取芯。为了达到这一目标,科学家们注意到了都比较大,有利于进行平衡钻进,并避免岩屑在钻孔联合使用包括立管、非立管和特殊任务钻探平台等中的集结,从而能增强井壁的稳定性,防止卡钻事故[3]多平台的重要性。的发生。1.1立管钻探平台1.2非立管钻探平台日本海洋科学与技术中心从1990年就开始立美国国家科学基金会将提供一艘类似ODP[1,6,7]管钻探船的技术研究,立管技术的原
8、理如图1JOIDIES决心号的新的非立管钻探船,以使所示。立管从海底(钻孔的顶端)一直延伸到钻探平IODP可以在不需要立管的广泛水深和不同岩性中台,其内径大到足够可以使钻杆、钻头、测井工具等进行钻探。2000年,美国科学咨询委员会的概念设仪器设备的通过。当下完套管,立管下放与套管紧计委员会(CDC)提供了IODP中将要使用的新的非[8]锁在一起,并把
