大洋钻探系列之四“决心号”钻探船

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乔迪斯·决心号(英文:JOIDES Resolution)大洋钻探船是大洋钻探所使用的一艘钻探船,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“Sedco/BP 471号”改装而来的。“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。

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乔迪斯·决心号参数:

总排水量:9050吨

船长:143米

宽度:21米

续航:75天

钻塔高:61.5米

钻探能力:9150米

最大水深:8235m

最大钻探深度:4000m左右。

动力:两个4500马力的主推进器,12个750马力的伸缩式推进器,提升能力达400吨的世界上最大的升降补偿装置

实验室: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。

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乔迪斯·决心号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。

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动力定位系统:当抵达预定钻探地点后,投放声呐装置至海底,船载接收装置接收声纳信号,动力定位系统根据声纳信号测出船舶漂移的方向和距离,自动校正调整船舶位置。定位原理有点像后方交会。动力定位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: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(见下图)钻入海底。返孔时,带有水下摄像机的钻杆先放置到海底附近,然后动力定位系统调整船舶位置使得钻杆大致对准返孔锥,当钻杆与返孔锥相距不远时,在海底摄像机的帮助下,钻头落入返孔锥中。

升降补偿装置:随时补偿船体随波起伏给钻探带来的不利影响。

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除了三大关键技术以外,为了提高钻探效率,减少起钻和下钻次数,乔迪斯·决心号还采用了绳索取芯系统。即取芯管放在钻杆内,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。

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”。

决心号2004-2014年是由美国科学执行机构(U.S. Implementing Organization, USIO)负责运行,共执行了34个航次,2014年至今由决心号科学执行机构(JOIDES Resolution Science Operator,JRSO)负责运行,共执行了36个航次,正在执行1个航次,待执行3个航次。其中由中国科学家牵头执行航次有IODP349, IODP 367, IODP 368。

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参考文献

国际大洋钻探2050科学框...其对未来大洋钻探发展的启示_拓守廷

https://joidesresolution.org/expeditions/

https://www.guancha.cn/Science/2016_01_18_348427_s.shtml

https://www.gov.cn/xinwen/2017-03/14/content_5177361.htm#1

http://kpzg.people.com.cn/n1/2017/0612/c404389-29332407.html

http://www.iodp-china.org/Data/View/2106

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