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IODP “三舰客”

已有 8181 次阅读 2012-5-14 21:04 |系统分类:科普集锦| IODP

IODP“三舰客”
 
    2003年综合大洋钻探计划(IODP)启动以来,目前已经完成39个航次,在深部生物圈和天然气水合物、气候变化和板块边界地震机理等方面取得了举世瞩目的成就。这些成就不仅凝聚了相关科学家的智慧和工程操作技术人员的汗水,更离不开IODP所拥有的装备精良的钻探平台,我们不妨称之为IODP“三舰客”。
(一)“乔迪斯•决心号” —JOIDES Resolution
    乔迪斯•决心号(JOIDES Resolution,简称JR号)于1983年开始接替“格罗玛•挑战者号”执行大洋钻探计划(ODP)以及后续的综合大洋钻探计划(IODP)直至现在。该船原名为“Sedco/BP 471号”,1978年于加拿大建造,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,同时改名为“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 Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling)的英文简称 JOIDES,“决心”(Resolution)是希望它能够继承并发扬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。“JR号”钻探船总排水量9050吨,船长度143米,宽度21米,钻塔高61.5米,能操作9150米钻杆,其钻探能力为9150米,最大钻探水深8235米,海底最大钻探深度为4000米左右。船的中心是7米宽的“月池”,钻杆通过其进入海底。每根钻杆长约28m,重约874kg。将钻头从海平面下至5500米水深大概需要12个小时。与先前的“格罗玛•挑战者号”相比,“JR号”功率更大,稳定性更好,钻进深度更深。船上装备有12个计算机控制的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。同时,船上配有一系列不同的取芯工具,如超前式活塞取心器(APC)、旋转式取心器(RCB)、伸缩式取心器(XCB)、超前式金刚石取心器(ADCB)、保压取样器(PCS)等,可以满足不同条件下的取心要求。该船还拥有约1115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。“JR号”从1985年开始成为ODP专属钻探船,其航迹遍及世界各大洋,最北端钻探点到达北冰洋,最南端钻探点位于威德尔海。到2003年9月共实施了111个航次(第100航次到第210航次),行程355781海里,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)。2003年,ODP为IODP所取代,“JR号”继续为IODP服役至今,由IODP美国执行机构(USIO)负责管理与操作,目前已完成26个IODP航次。
 
“JOIDES Resolution号”(照片来自Oceanleadership网站)

(二)“地球号”—Chikyu
        Chikyu属于隔水管钻探船,由日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)于1990年开始技术研究,2001年4月份开始建造,2005年7月交付使用,由JAMSTEC下属地球深部探测中心(CEDX)负责管理。它目前是世界上最大、最为先进的科学钻探船。船体全长210米,宽38米,高130米(其中钻塔高70米),吃水9.2米,总吨位56752吨,最大巡航速度22公里每小时,海底最深钻探深度可达7000米,能够钻进前所未能的地幔。船上安装了先进的立管钻井系统装置,包括:(1)顶部驱动装置:位于钻探船的起重架上,具有足够大的功率,能旋转10000米长的钻杆;(2)动态定位系统:由6个安装在船体下部的可以360度自由旋转的推进器实行程序化控制,自动调整船的位置和方位,抵消风和流体流动的影响,使船体平衡,同时使用差分GPS进行船的定位。(3)隔水管:船上装备了先进的隔水管钻进系统和动态定位系统,可保证在风速23米每秒,浪高4.5米的情况下,船体相对一个固定位置持续地钻进。船体中间为一个12米×22米的月池。在船头备有直升机平台,可满足装载能力为30人的大型直升飞机的起飞和着陆。船上有两套发电机系统,总功率约为35000kW,可满足一个3500户人家的小镇的日常用电量。船上拥有单人间舱房128间,双人间11间,能够同时容纳150人在船上工作和生活。同时配有医院、娱乐和食堂等配套设施。拥有2400平方米的4层实验室,同时配备了先进的质量分析与质量控制(QA/QC)取样室、微生物学实验室、X射线CT扫描实验室、地球化学实验室、岩心实验室和古地磁实验室以及数据整合系统—J-CORES,各实验室均拥有各领域最为先进的仪器和设备,可满足船上科学家开展研究工作的基本需求。截止目前,“Chikyu”完成9个IODP航次,正在执行日本“3.11”地震快速响应计划—IODP 343 航次(Japan Trench Fast Drilling Project, JFAST)。

“地球号”—Chikyu

(三)“特定任务平台”—MSPs
         特定任务平台(Mission-Specific Platforms,MSPs)由欧洲大洋钻探联盟(ECORD)的科学执行机构ESO(ECORD Science Operator)负责管理。MSPs主要借助于破冰船或者其他经过独特设计的钻探平台,以实现在浅水区和冰盖区进行钻探。EOS由英国地质调查局(BGS)、德国不莱梅大学和欧洲岩石物理协会组成。MSPs因航次科学目标和钻探环境的不同而不同。如2004年,IODP 302航次,利用3艘破冰船(Vidar Viking, Oden和Sovetskiy Soyuz)在距北极250km、水深800m的北冰洋中部的Lomonosov脊,钻探取心深度为海底之下500m,用以研究北冰洋的地质历史。IODP 310 航次(2005年)和325航次(2010年),分别利用意大利的DP Hunter钻探船和新加坡Greatship Maya钻探船,在塔希提海浅水区域(41.65-117.54米)和澳大利亚大堡礁海区采集珊瑚礁,开展冰期后全球海平面变化研究。2009年,IODP 313航次,利用一个具有自航和自升能力的多功能平台,在新泽西陆架浅水区(33.53-35.97米)实施了钻探任务。由此可见,特定任务平台具有非常灵活的特性。

瑞典“Vidar Viking号”破冰船(近)和俄罗斯核动力破冰船 “Sovetskiy Soyuz号”(远)
(照片来自Evans et al., Oceanography, 2006)

意大利“DP Hunter号”钻探船(照片来自Evans et al., Oceanography, 2006)


        目前,借助于IODP“三舰客”,科学家可以进入深海钻探计划(DSDP)和ODP时期所不能进入的区域,使IODP成为一个规模更加宏大、科学目标更具挑战性的科学大洋钻探计划。


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