我国实施大洋钻探工程的初步设想

约占地球面积71%的海洋里蕴藏着海量的地质、生物、气候等信息和丰富的资源,我国“十三五”国家科技创新规划中,将“深海、深地、深空、深蓝科学研究”列为战略性前瞻性重大科学问题,并将“国际大洋发现计划（IODP）列为5项国际大科学计划和大科学工程之一。但在深海钻探,作业环境和条件都较陆地上更加复杂,对钻探船、钻探工艺、环保措施、施工组织管理等都是严峻的考验。本文在概述大洋钻探的意义和成果,回顾世界大洋钻探的演进史和工程实施概况以及我国参加大洋钻探情况的基础上,针对大洋钻探的钻井特点和地层条件,探讨了海洋科学钻探取心技术、超深水条件的重入钻孔技术、跟管钻进下套管技术、超深水条件的泥浆循环等关键技术问题,提出了我国实施大洋钻探工程的初步设想。     

国际大洋钻探计划的组织与运作方式

文章在概述大洋钻探计划的基础上，重点介绍了大洋钻探计划的管理、运作和科学咨询方式，介绍了有关国家参加大洋钻探计划和组织机构与合作模式。     

我国海洋钻探技术

介绍了中国海洋钻探的主要技术方法,其内容包括：中国大洋钻探、南海天然气水合物钻探、深海矿产钻探、深水工程钻探。对每种钻探技术进行了描述,为海洋钻探提供部分技术支持。     

钻掘工程国内外发展水平与差距及建议（上）

简介钻掘工程领域国内外发展水平。重点概述在固体矿产岩心钻探、水井钻探、石油天然气钻探、大陆科学钻探、大洋钻探、极地钻探和外星钻探及掘进工程等方面的国内外发展状况与差距，并提出重点研究开发和引进建议。     

我国参加大洋钻探的近十年回顾与展望

1999年南海首次大洋钻探,有力促进了中国的深海研究,使中国进入了国际深海研究的前沿。15年后第二次南海大洋钻探的实施,标志着中国在该国际计划中作用的加强。回顾了参加IODP 10年(2003—2013年)来深海研究的进展,并展望未来,讨论中国大洋钻探在新10年IODP(2013—2023年)中的打算。中国大洋钻探提出了分3步走的发展计划:第一步争取再实现1~2次"互补性(CPP)"大洋钻探航次;第二步学习欧盟,争取也成为IODP的"钻探平台提供者";第三步和国际科技界合作,建造新一代的中国大洋钻探船。     

科学大洋钻探与全球气候变化研究

文章简要地回顾了科学大洋钻探的发展历程。深海钻探计划革命性地改变了地球科学家们对地球动力作用的认识。ＤＳＤＰ的后继者，即大洋钻探计划正在全球各大洋收集有关这些作用在几万至几十万年时间尺度上变化的高分辨率记录，并已在与全球气候有关的下述领域取得了重要进展：地质历史时期气候变化的幅度，速度及原因，按轨道调谐的新生代地质年代表，高纬度地区冰盖形成及演化历史，造山运动与长期气候变化之间的相互关系，气体水合     

21世纪IODP大洋综合钻探计划进程

21世纪大洋钻探计划是一顶国际科学钻探计划 ,基于日本和美国分别提供的 2艘深海钻探船的即将付之运作 ,该计划将于 2 0 0 3年 10月开始实施。美国提供的无隔水管钻探船 (就是执行ＯＤＰ计划的ＪＯＩＤＥＳＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ号钻探船 )将于 2 0 0 5年进行施工。装备隔水管的日本钻探船在 2 0 0 1年初即行建造 ,将于 2 0 0 6年开始进行其科学钻探活动。 2 1世纪ＩＯＤＰ大洋综合钻探计划进程初步方案见表 1。表 1　 2 1世纪ＩＯＤＰ大洋综合钻探计划进程初步方案21世纪IODP大洋     

大洋钻探与中国地球科学

大洋钻探与中国地球科学孙枢（国家自然科学基金委员会北京１０００８３）１９９４年１２月７～９日，中国科学院地学部和国家自然科学基金委员会地球科学部在北京联合召开了“大洋钻探与中国地球科学”研讨会，到会的有有关领导同志、中国科学院院士和各方面专家等约５０...     

南海大洋钻探计划184航次简介

１９９９年２～４月全球最大的科学考察船———大洋钻探船“ＪＯＩＤＥＳ·决心号”１８４航次在南海进行了２个月的钻探考察。大洋钻探计划（ＯＤＰ）第１８４航次的主题是“东亚季风史在南海的记录及其全球气候意义”,由中国科学院院士、同济大学汪品先教授和海洋古季...     

ODP大洋钻探计划,1985-2003

<正>国际大洋钻探计划(ODP,1985-2003)计划及其前身的深海钻探(DSDP,1968-1983)是二十世纪地球科学领域历时最长,参加国家最多,也是最成功的国际合作。我国于1998年正式加入国际大洋钻探计划,1999年以同济大学汪品先院士为首席科学家的南海ODP184航次,实现了在中国海进行大洋钻探的零     

近800 ka以来南大洋区域经向海表温度差异及气候变化响应

南大洋地理位置关键,其海水热量变化往往会对区域或全球气候产生影响。通过对比南大西洋和南太平洋等南大洋关键海域近800 ka以来的海水表层温度（Sea Surface Temperature,简称SST）变化,同时结合南极冰芯记录的大气CO2浓度、大气温度及大洋底栖氧同位素等气候演变替代指标,对南大洋区域经向海表热量差异及气候响应进行分析,结果显示：1）南大洋不同海域近800 ka以来SST的演化具有明显的区域性。如相较于其他冰期,南大西洋ODP1090站SST值在MIS 12~10期的最低值出现约3.8℃的上升,南塔斯曼海ODP1170站SST冰期最低值则出现约1.3℃的下降;而西南印度洋的MD962077站SST冰期最低值在MIS 10期之后出现约2.2℃的上升。此外,滤波分析结果显示3个站位对"中更新世气候转型"（Mid-Pleistocene Transition,简称MPT）等全球性事件均响应明显;2）"中布容事件"（Mid-Brunhes Event,简称MBE）的发生对南大洋经向温度差异（ΔSST1090-1170）影响明显：MBE之前,ODP1090站位SST在冰期-间冰期旋回中的平均值或极值均比ODP1170站SST的平均值或极值低,但MBE发生期间及之后的MIS 5、MIS 2、MIS 1期,ODP1090站SST的平均值或极值均比ODP1170站SST的平均值或极值高。同时,南大洋经向SST差异（ΔSST1090-1170）在间冰期对气候变化的响应明显比冰期显著。显然,气候变化条件下的海洋锋面迁移及Agulhas流阶段性增强导致外部向南大西洋输入热量有所增加,最终使ΔSST1090-1170值偏正。因此,冰期-间冰期旋回中气候环境改变导致的海洋锋面移动幅度差异等是影响环南极海域经向温度差异变化的关键因素之一。     

南海ODP1148站中中新世(12～18.3 Ma) 天文调谐的年代标尺

ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录显示出较强的周期性变化规律．研究发现,中新世和渐新世的深海地层物性参数具有很强的斜率周期．Shackletoneta1．利用这一规律,以北半球高纬太阳辐射曲线作为天文调谐的目标,以ODP154航次的深海沉积岩心的磁化率记录作为调谐对象,将磁化率的极大值与北半球天文辐射的极小值相对应,建立了14～34Ma的天文调谐的年代标尺．采用相同的方法,利用南海北部ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录和北半球高纬太阳辐射曲线建立了南海中中新世天文调谐的年代标尺．调谐后的磁化率记录显示了很强的斜率周期和较强的岁差周期,并与太阳辐射在这2个记录上高度相关,此外偏心率周期在磁化率记录中也较显著．调谐后1148站的浮游有孔虫事件年龄与ODP154航次采用相同的天文调谐方法获取的事件年龄异常接近,而与传统方法获取的生物地层事件年龄有较大差距,这在一定程度上证明了利用天文调谐的方法建立中新世深海地层年代标尺的可行性．     

中国加入国际大洋钻探计划的5年总结（1998-2002）

    国际大洋钻探计划（ODP,1985-2003）及其前身深海钻探计划（DSDP,1968-1983）,是20世纪地球科学规模最大、历时最久的国际合作研究计划,30多年来一直在推动学科发展的前沿,导致了学科的一场革命。我国经国务院批准于1998年春正式加入大洋钻探计划,年付50万美元,成为第一个"参与成员"（as sociated member）。加入大洋钻探计划近 5年来,已经取得重大进展。
    （1）成功地在南海实施了ODP184航次。这次在我国科学家建议、设计和主持下的航次在南海 2 000～3 000 m深水区的 6个站位取芯超过 5 000 m,实现了中国海大洋钻探零的突破,使我国一举进入国际深海研究的前沿。在航次后的研究中,我国取得的成果也遥遥领先,不仅在不同时间尺度上取得了西太平洋区迄今为止最佳的深海沉积记录,而且在气候演变的周期性、亚洲季风变迁和南海盆地演化等方面获得了大量创新成果,其中包括学术上的突破性进展,目前正在逐步向国际学术界展示。
    （2）促进了我国深海基础研究及其基地建设。加入ODP近 5年来,我国深海基础研究迅速发展,继国家自然科学基金重大项目（东亚古季风的海洋记录）后,又于2000年底启动了国家重点基础研究发展规划项目"地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录",并实现了深海国家重点基础研究发展规划（973）项目和"大洋专项"的相互结合,已有教育部、中国科学院、海洋局、国土资源部等部门的10多个实验室或研究所在不同程度上加入深海基础研究,其中包括至少 6所重点大学在内,已经初步建成了以深海研究为重要目标的重点实验室,初步涌现出一批有成就的青年科学家。
    （3）增强了我国在有关国际学术界的地位。尽管我国支付的成员费只占ODP整个预算的百分之一强,4年来所起的作用已远不以此为限。特别在筹备新的"综合大洋钻探"计划中,我国代表在有关专业组中的席位已应邀由 2个增至 5个,仅2001-2002年春一年内就有 3次大洋钻探的国际会议在我国举行,近 5年来ODP和筹备中的IODP方面至少有 6批共数十人次访华,是90年代新加入ODP各个成员中最为活跃的一个。
    大洋钻探是一项长周期、高层次的国际科研计划,近 5年来我国以南海航次为中心的研究成果刚开始产出,预计近两年内将达到高潮;而随之建立起来的队伍和基地也可望在未来几年在更大领域范围内进入国际前沿,取得新的重大进展。     

海平面变化的原因及结果

20世纪80年代初期以来,科学大洋钻探已累计完成了DSDP80、93、95和ODP133、143、 144、150、150X、166、174A、174AX、182、194等10多个与海平面变化有关的科学航次,在美国新泽西被动大陆边缘、澳大利亚东北部及南部被动大陆边缘、巴哈马台地、太平洋中西部平顶海山等地获得了大量的钻探资料。根据这些资料,建立了过去42 Ma来的海平面变化年表,确立了大陆边缘层序界面与全球海平面下降之间的成因联系,在估计全球海平面变化幅度方面取得进展。尽管如此,对全球海平面变化的幅度、机制及地层响应等基本问题的了解,还存在很大的不确定性。在综合有关文献基础上,对科学大洋钻探在海平面变化研究方面所取得的成就、存在的问题及发展方向进行简要介绍。     

ODP 1144站钻孔沉积物中微玻璃陨石的元素地球化学特征

利用电子探针和激光探针等离子体质谱方法分析了取自南海北部的ODP1144钻孔沉积物中的微玻璃陨石和取自邻近的广东省湛江和吴川玻璃陨石的主元素和微量元素组成。结果显示，这些微玻璃陨石属于亚洲-澳大利亚散落区的普通微玻璃陨石。从成分上看，这些微玻璃陨石存在两种不同的类型，其中的绝大部分Al2O3含量在19.0%以上，属于高Al类型，相应的难熔微量元素含量也比较高；个别微玻璃陨石Al2O3含量（13.0%)和难熔微量元素含量较低，微量元素含量和特征比值都与邻近的广东省湛江和吴川的玻璃陨石相近。元素地球化学特征意味着，这些微玻璃陨石来源于同一靶源区，但靶区的物质组成并不均一。     

南海北部中新世以来粘土矿物特征及东亚古季风记录

应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM) 和X射线能谱(EDS) 分析技术对南海北部ODP1146站中新世以来(~20 Ma) 粘土矿物的组成、结晶学特征、微形貌和化学成分进行了研究, 分析了粘土矿物的物质来源及其记录的东亚季风演化历史.1146站粘土矿物组合的总体特点是以伊利石和蒙脱石为主, 高岭石和绿泥石含量较低.物源分析表明, 1146站蒙脱石主要来自于吕宋岛, 伊利石和绿泥石来自于珠江和台湾(长江), 而高岭石则主要来自于珠江.1146站的粘土矿物不仅被南海周围物源的同时代气候所控制, 而且为相互消长的不同传输作用(表层洋流) 的强度所影响.1146站(伊利石+绿泥石) /蒙脱石比值可以用来作为东亚季风演化的矿物学标志.指标变化显示出东亚冬季风强度和冬季风相对夏季风的强度在15 Ma、8 Ma和3 Ma左右发生了3次显著加强, 结果可以与黄土、北太平洋风尘沉积、南海微体古生物记录等很好对比.青藏高原的阶段性隆升可能促进了东亚季风的这3次加强.      

Characteristics of Clay Minerals in the Northern South China Sea and Its Implications for Evolution of East Asian Monsoon since Miocene

Clay mineral assemblages, crystallinity, chemistry, and micromorphology of clay particles in sediments from ODP Site 1146 in the northern South China Sea (SCS) were analyzed, and used to trace sediment sources and obtain proxy records of the past changes in the East Asian monsoon climate since the Miocene, based on a multi-approach, including X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS). Clay minerals consist mainly of illite and smectite, with associated chlorite and kaolinite. The illite at ODP Site 1146 has very well-to-well crystallinity, and smectite has moderate-to-poor crystallinity. In SEM the smectite particles at ODP Site 1146 often appear cauliflower-like, a typical micromorphology of volcanic smecites. The smectite at ODP Site 1146 is relatively rich in Si element, but poor in Fe, very similar to the smectite from the West Philippine Sea. In contrast, the chemical composition of illite at ODP Site 1146 has no obvious differences from those of the Loess plateau, Yellow River, Yangtze River, and Pearl River. A further study on sediment source indicates that smectite originates mainly from Luzon, kaolinite from the Pearl River, and illite and chlorite from the Pearl River, Taiwan and/or the Yangtze River. The clay mineral assemblages at ODP Site 1146 were not only controlled by continental eathering regimes surrounding the SCS, but also by the changing strength of the transport processes. The ratios of (illite+chlorite)/smectite at ODP Site 1146 were adopted as proxies for the East Asian monsoon evolution. Relatively higher ratios reflect strongly intensified winter monsoon relative to summer monsoon, in contrast, lower ratios indicate a strengthened summer monsoon relative to winter monsoon. The consistent variation of this clay proxy from those of Loess plateau, eolian deposition in the North Pacific, planktonic, benthic foraminifera, and black carbon in the SCS since 20 Ma shows that three profound shifts of the East Asian winter monsoon intensity, and aridity in the Asian inland and the intensity of winter monsoon relative to summer monsoon, occurred at about 15 Ma, 8 Ma, and the younger at about 3 Ma. The phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau may have played a significant role in strengthening the Asian monsoon at 15 Ma, 8 Ma, and 3 Ma.     

科学大洋钻探：成就与展望

在回顾ODP学术目标的发展历史的基础上，按照地球环境动力学和地球内部动力学两大科学主题，对ODP在地球环境变化、作为环境变化营力的沉积物、流体和细菌、地球内部物质和能量的传递、岩石圈变形和地震作用等前沿领域所取得的主要科学成就进行了简单的介绍。IODP将以地球系统科学的思想为指导，利用多个钻探平台，以更为广泛的钻探领域和更深的钻探深度，对全球海底进行学术目标更为庞大、系统的科学钻探，并进一步加强与石油工业以及其它国际地学研究计划的合作。     

大洋钻探与海底矿产

深海钻探与大洋钻探发现的许多古海洋事件和古环境变化，控制着海洋矿产的形成与分布，并为研究海底成矿作用提供了大量科学资料，大洋钻探及其他有关研究已经证明，南极底层水和上升流的发育，硅质生物的高生产力，以及始新世、渐新世、中新世与上新世的沉积间断，都有利于多金属结核，富钴结壳和磷灰石的形成。因此，深海钻探和大洋钻探对于海洋成矿理论有重大贡献。