“海牛Ⅱ號”搭載科考船駛向深海。 湖南科技大（dà）學供圖
“海牛Ⅱ號”正（zhèng）在進行海試作（zuò）業（yè）。 湖南科技大學供圖
深海礦產資源豐富，發現、研究它們，需要通（tōng）過水下鑽探獲（huò）取（qǔ）樣本。在各種取樣方式中（zhōng），海底鑽機以其鑽探成本低、效率高、樣品擾動小、易操作（zuò）等優勢，成（chéng）為（wéi）備受青睞的高技術裝備（bèi）。
不（bú）久前，我國自主研發的“海牛Ⅱ號”海底大孔深保壓取（qǔ）芯鑽機係統，在（zài）超2000米深（shēn）水中，成功下鑽231米，刷新了深（shēn）海海底鑽機的世界紀錄，標誌著我國（guó）在（zài）該（gāi）領域達到世界領先水平。
看似（sì）笨重，實則身手（shǒu）不凡
鑽探到200米以下，意味著我國理論上具（jù）備海洋資源全覆蓋（gài）的勘探能力
“海牛Ⅱ號”由湖南科技大（dà）學教授萬步（bù）炎領銜研發。萬步炎介紹，“海牛Ⅱ號”由海底鑽（zuàn）機本體、海底原位探測儀、移動式海底鑽機配套收放係統等部分組成。“其中，鑽機本體外觀上是一個橙黃色、八邊形的鋼質構造，高7.6米，‘腰圍’10米，體重12噸，是目前（qián）我國水中最重的地質勘探（tàn）科考裝備。”
看似笨重的“海牛Ⅱ號”，在海底幹起活來卻很靈活。它（tā）的“武器”是身上的78根鑽杆，每根3米長，像左輪手槍的（de）子彈一樣排列（liè）在圓盤之上。操作時，通過（guò）圓盤旋轉，機（jī）械（xiè）手取杆上膛，把鑽杆一根根鑽進岩（yán）層。
鑽頭相當於“海牛Ⅱ號”的犄角，由金剛石和硬質合金等材料製（zhì）成。科研人員設計了不（bú）同種類的鑽頭，有（yǒu）的針對硬岩地層（céng），有的適用於沉積岩軟（ruǎn）岩地層。
“海牛（niú）Ⅱ號”是在4月（yuè）7日刷新的世界紀錄。萬步炎告訴記（jì）者，當天，經過約兩個半小時下潛後，“海牛Ⅱ號（hào）”抵達（dá）水深2060米的（de）海底（dǐ）。完成姿態調整後，“海（hǎi）牛（niú）Ⅱ號”隨即（jí）開展目標層保壓取芯鑽探作業。約15小時後，鑽進孔深達到海底地下231米。
除了鑽得深，“海牛Ⅱ號”還有一項（xiàng）獨門絕（jué）技——保壓取芯。這是（shì）勘探可燃（rán）冰等某些海底礦產的關（guān）鍵。萬步炎介紹，在海水（shuǐ）壓力下，可燃冰呈“冰”狀，它一（yī）旦離（lí）開其適宜的海水深度，就會（huì）因壓力（lì）減小而（ér）變成氣體揮發。因而（ér），普通深海鑽機無法取樣可燃（rán）冰，隻有在保持海底地層相等壓力的狀態下，才能做到。
此前（qián），全球海底鑽機（jī）的最大鑽孔深度設計能力為200米，而實際保壓取芯作業最深（shēn）隻（zhī）到達135米，“海牛Ⅱ號”則大大刷新了這一紀錄。
通過（guò）鑽探取樣分析，可以了解礦（kuàng）藏（cáng）儲量、品位和埋藏（cáng）形態，為今後開采勾勒出一幅“藏寶圖”。“鑽得（dé）越深（shēn），能勘探的資源就越多。”萬步炎說，當前人類發現（xiàn）的、具有商業開（kāi）采潛力的海（hǎi）洋礦產資源，基（jī）本上在（zài）海底200米以內。鑽（zuàn）探到200米以（yǐ）下，意味著我（wǒ）國在（zài）理論上具備了海洋資源全覆蓋的勘探能力。
根據《聯合（hé）國海洋法公約》，公海資源歸全人類共有，資（zī）源開采權（quán）一（yī）般遵循誰勘探、誰優先的規則。業內專（zhuān）家表示，“海牛Ⅱ號”是我國深海鑽探的一把 “利（lì）劍”，它的出鞘，使我國在海底固體礦產資源（yuán）研究和開發上多了一分技術優勢。
攻克多個技術難題
所（suǒ）有（yǒu）關鍵技術均為自（zì）主研發，目前已（yǐ）取得125項專利
深海壓力大（dà）、溫度低（dī），“海牛Ⅱ號”要在複雜的環（huán）境中，順利實（shí）現鑽機收放、姿（zī）態（tài）調整、耐壓密封、鑽杆及芯管接卸、自動測控等一係列操作，技術難度非常大。
據萬步炎介紹（shào），“海牛Ⅱ號”主要攻克了全程保壓繩索取芯、鑽管存（cún）儲與鑽杆快速接卸、智能化與專家操作係統、海底（dǐ）鑽機安全可靠下放和回收等技術難題。
鑽探過程中，某一段實現保壓取芯並（bìng）不難，難的（de）是全（quán）程保壓（yā）。針對這一問題，科研人員連續多年攻關，通過大孔深遙控全孔全程保壓繩索取芯，采用了獨創的岩芯管全長直（zhí）接密封（fēng）保壓取芯原（yuán）理、技術與工藝，最終實現了海底（dǐ）鑽機小口徑大孔深高效（xiào）、高可靠全孔全程保壓取芯。
萬步炎說，“海牛Ⅱ號”很“聰明”。科研（yán）人員為它量身定製了很多（duō）傳感器設備。這些傳感器，融合了團隊多年的海上實地鑽探經驗。到（dào）了海底，鑽（zuàn）頭會根據地層性狀情況，快速（sù）自動判斷並自（zì）適應調整鑽進模（mó）式與參數（shù），解決（jué）了海底鑽機與配套取芯工藝對海底複雜地層的適應性難題，從而大幅（fú）提高了鑽探效（xiào）率、取芯率和取芯質量（liàng）。
得益於自動化（huà）、智（zhì）能化（huà）的設計，一個（gè）人就可在母船上完成“海牛（niú）Ⅱ號”操作。“海牛Ⅱ號”在鑽孔取芯的同時（shí），還能幹“兼（jiān）職（zhí）”：原位探測岩石（shí）的電阻率、孔隙率，給孔內周邊岩石拍照等。
在海底鑽機收放裝置的設計和工藝上，團隊解決（jué）了因母船搖蕩導致海底鑽機與收放裝置對（duì）齊與靠攏困難、易發生衝（chōng）擊碰撞的問題，實現了海底鑽機水中（zhōng）自動校正收放方位、垂直翻轉過程自動（dòng）抱緊海底鑽機功能，提高海底鑽機收放效率和收放（fàng）過程（chéng）的安全性與可靠性。
值得一提（tí）的是，“海牛Ⅱ號（hào）”所有關鍵技術均為自主研發（fā），目前已取得125項專利。
研製“海牛（niú）Ⅱ號”，依（yī）托的是我國國家重點研發計劃“深海關（guān）鍵技術與裝備（bèi）專項”課題。針對“海牛Ⅱ號”，任務書有（yǒu）三大（dà）目標（biāo），即作業水深不少於（yú）2000米、鑽進深度不低於200米、保（bǎo）壓成功（gōng）率不小於60%。令萬步（bù）炎高興的是，本次海試充分驗證了“海牛Ⅱ號（hào）”的設計性能，並超預期實現了任務目標。
未（wèi）來還將不斷（duàn）優化
挑戰萬米級水（shuǐ）深地質鑽探取（qǔ）樣，是團隊接下來的目（mù）標（biāo）
“海牛Ⅱ號”並非“橫空出（chū）世”，而是20多年堅持不懈、持續研發的（de）結（jié）果（guǒ）。2000年，萬步炎團隊開始研發深海海底（dǐ）鑽機。3年後，團隊做出了我國首台深海淺層岩芯取（qǔ）樣鑽機，並在海底下（xià）鑽（zuàn）0.7米，獲得首個岩芯樣品。
2010年，這個團隊研發的深海深孔岩芯取樣鑽機，又把海底鑽探深度推進到20米（mǐ）。2012年，“海牛Ⅱ號”的前身——“海牛號”研製項目正（zhèng）式啟動。2015年，“海牛號”在3000米海水下下鑽了60米。由此，我國成為世界上第四個（gè）擁有能在水深大於3000米的海底（dǐ）進行（háng）60米鑽探技術的國家。
如今，我國（guó）多條海洋科考船配備了萬步炎團隊發明的專利設備，並（bìng）在深海鑽孔1000多個。
海底鑽（zuàn）機的發展，與我國海底資源勘探曆程緊密相連。萬步炎告訴記者，1999年以前，中國沒有能力研製（zhì）大型深海機電裝備，隻能從國外租借設（shè）備。後來，我國決定自主研發深海鑽探設備。萬步（bù）炎團（tuán）隊迎難而上，接（jiē）下了（le）這項任務。他們幾乎從零起步，不斷摸索，奮勇攻關。
近年（nián）來，我（wǒ）國日益重視海洋技術裝備研發。深海海底鑽孔技術，對其他深海（hǎi）裝備製造技術具有很強的（de）輻射（shè）性，可以帶動相關領域的研發。萬步炎說（shuō），10多年前，科考（kǎo）船上基本所有設備都是進口的，如今國產裝備達（dá）到80%以（yǐ）上，未來這一比例將越來越高（gāo）。
萬（wàn）步炎表示，團隊將進一步優化深海鑽探設備性能，提升它的環境適應能力、作業性能和智能（néng）化程度。此外，他們還計劃推進“海牛Ⅱ號”量產，在海底油氣（qì）采場和海（hǎi）上風電場建設（shè）與工程地質勘查領域推廣（guǎng）應用。
當前，“海牛（niú）Ⅱ號”還在海上工（gōng）作。深度超過萬米的馬裏亞納海溝，至今沒有人類進行海底鑽探作業。“挑戰萬米級水深地質鑽探取樣（yàng），是我們團隊接下來的目標。”萬步炎說（shuō）。
(來源：人民日報喻思南（nán） 唐亞慧)
