科技日報記者 宗詩涵 陳瑜

今年是中國極地考察40周年。第40次南極科學考察隊已圓滿完成考察任務并順利返回，目前科研人員正在對此次考察成果進行后續(xù)研究。

在此次科考活動中，中國工程院院士、中國地質大學（北京）校長孫友宏前往冰蓋進行鉆探位置踏勘及鉆探裝備檢查。科考期間，孫友宏團隊成員首次成功進入麒麟冰下湖區(qū)域，并圓滿完成了多項冰下湖鉆探選址調查工作。

“上天、入地、下海、登極，一代代鉆探人承古人之創(chuàng)造，開時代之生面，鉆出了中國深度，達到了中國高度。”孫友宏日前在接受記者采訪時說，未來3年，中國將采用自主研發(fā)的冰下湖清潔取樣探測裝備開展麒麟冰下湖鉆探工作，此舉有望使中國成為繼美國和俄羅斯之后，第三個成功獲取冰下湖鉆探樣品的國家，進一步彰顯中國在極地科考領域的實力。

從圖紙到實物

記者：您能簡單介紹下什么是鉆探以及我國鉆探技術發(fā)展歷程嗎？

孫友宏：鉆探作為地質研究、資源調查和科學探測等領域的關鍵技術，是目前唯一能夠直接獲取地下實物信息的手段。

從手工鑿井到人力沖擊鉆，再到機械頓鉆，直至自動化鉆探，我國鉆探技術的發(fā)展跨越了從數米到超萬米的深度差異。鉆探技術應用領域現已拓展到深地深海深空探測、戰(zhàn)略性礦產資源勘探、重要資源能源開發(fā)、重大基礎工程施工、大型地質災害治理等各個層面。

記者：您是如何與極地鉆探結緣的？

孫友宏：我的極地鉆探之旅，緣起我的學習經歷。大學時期，我的導師、吉林大學教授張祖培邀請了他的老師——俄羅斯圣彼得堡礦業(yè)大學教授庫德里亞紹夫來給我們作報告。庫德里亞紹夫分享的7次南極科考經歷以及俄羅斯在南極取得的科研成果，讓我對那片神秘的冰雪大陸產生了濃厚興趣。

從那時起，我便立志投身極地科考，為我國在該領域的發(fā)展貢獻力量。多年來，我?guī)ьI團隊不斷努力。過去，我們只能在黑板上向學生展示極地鉆探的理論和設備圖紙?，F在，我們能夠把這些圖紙變成實物，再把實物帶到極地，進行實地鉆探。

記者：去年，您首次前往南極冰蓋進行鉆探位置踏勘及鉆探裝備檢查。這次經歷讓您有哪些不同的感受和發(fā)現？

孫友宏：2023年11月底到12月初，我有幸隨第40次中國南極科考隊前往中山站。這是我從事南極研究10多年以來，首次踏足這片冰雪世界。

這次南極之行，我們團隊肩負兩項核心任務。首先，我們與俄羅斯團隊共同在南極拉斯曼丘陵實施冰下地質鉆探取樣項目，確定了鉆探地點，成功檢驗了團隊自主研發(fā)的南極冰下地質鉆探裝備，確保其功能與性能符合預期，并據此制定了詳細的鉆探施工方案。其次，我們空中考察了位于南極伊麗莎白公主地區(qū)域的麒麟冰下湖位置，體驗了南極極端惡劣的氣候條件，包括高寒、強風暴等。這些經歷為我們未來為麒麟湖鉆探進行技術研發(fā)與裝備研制提供了重要的參考。

記者：與大陸科學鉆探相比，極地科學鉆探有什么特殊性？

孫友宏：極地科學鉆探與大陸科學鉆探確實存在諸多不同。大陸科學鉆探主要面對的是高溫、高壓、高地應力等環(huán)境挑戰(zhàn)，而極地科學鉆探則主要應對極端的低溫環(huán)境。同時，極地科學鉆探的地層多為冰層，與堅硬的巖石地層相比，冰層更脆，這對鉆探工藝與裝備提出了不同需求。此外，極地地區(qū)地理條件特殊，帶來極地運輸和后勤保障方面的困難，對鉆探裝備的性能和重量提出了新要求。

無論是大陸科學鉆探還是極地科學鉆探，取樣難度都非常大，獲得的樣品對于了解地球的形成環(huán)境和演化歷史有極高的科研價值。

記者：此前對冰下湖的研究主要借助冰雷達等間接手段。您認為通過鉆探取樣的方式開展極地科學研究有什么優(yōu)勢？

孫友宏：冰下湖鉆探是開展冰下湖研究的主要技術手段，也是獲取冰下湖樣品和原位觀測的唯一技術手段。目前，我們團隊在極地鉆探技術研發(fā)方面取得了顯著進展，研發(fā)出了針對不同目標的鉆探裝備。

針對冰層鉆探，我們研發(fā)的裝備能夠精準采集冰芯。這些冰芯如同地球的“氣候記錄器”，記錄著過去的氣候變遷。通過分析冰芯，我們能夠洞察大氣中二氧化碳濃度的歷史變化，揭示地球氣候演變規(guī)律。同時，冰芯中的塵埃和氣泡內的氣體成分，為我們了解火山噴發(fā)、森林大火等歷史事件提供了寶貴線索。

冰下巖石鉆探取樣的意義更加深遠。巖石樣品是了解南極大陸地質構造、形成年代及演化過程的珍貴資料。通過分析這些樣品，我們能夠揭開地球古環(huán)境與古氣候的神秘面紗，為地球科學研究提供新視角。

冰下湖鉆探研究同樣具有不可估量的價值。例如，南極麒麟湖等封閉湖泊可能保存著數百萬年前的原狀湖水。這些湖水就像“時光膠囊”，封存著湖泊演化的歷史信息。通過研究這些湖水，我們能夠了解湖泊的演化過程，探索生命起源和演化的奧秘。

極地冰下湖研究不僅有助于我們深入了解地球本身，還為探索地球外其他星球是否存在生命提供重要參考。例如，對于那些擁有冰蓋的星球，我們可以通過研究冰下湖來推測其冰下可能存在的生命形式。

從跟跑到領跑

記者：近年來，我國鉆探技術主要在哪些方面取得了進步？

孫友宏：我記得1983年上大學時，我們使用的鉆探裝備大多是仿照蘇聯制造的，教科書上的理論知識也主要源自蘇聯。

從事鉆探行業(yè)40余載，我深感我國鉆探技術的進步是全方位的。無論是鉆探工藝還是裝備，都實現了創(chuàng)新和飛躍。

在鉆探工藝方面，我國經歷了從提鉆取心到繩索取心，再到反循環(huán)連續(xù)取心技術的變革。提鉆取心需要把整個鉆具全部從鉆孔中提上來才能取得巖心，效率較低。后來，我們引入了繩索取心技術，顯著提高了取心效率，也大大降低了鉆探的勞動強度?，F在，反循環(huán)連續(xù)取心技術的應用，使得我們可以在鉆進過程中實時傳輸巖屑（心）至地表，實現邊鉆邊取的高效作業(yè)。

在鉆探裝備方面，我國實現了從機械式、液壓式，到自動化、智能化再到井口無人化的跨越。最初的鉆探裝備操作費力，效率低下。隨著技術的不斷發(fā)展，現在的鉆探裝備不僅操作便捷，而且顯著提升了鉆探作業(yè)的安全性和效率。

記者：您認為目前我國的鉆探技術達到什么水平？

孫友宏：新中國成立后，經過幾代鉆探人的努力，我國鉆探技術取得了長足進步，但要全面達到國際領先水平還需時日。

在某些特定的研究領域，如南極鉆探領域，我國的技術與裝備已經與國際先進水平比肩，冰下湖清潔取樣探測裝備等甚至處于國際領先水平。

以極地鉆探技術為例。上世紀80年代，我國在極地鉆探技術方面還是空白。到了90年代，為了進行冰川和冰蓋取樣，我國引進了國外的淺層冰鉆裝備。到本世紀初，我國才開始計劃在南極開展深冰芯鉆探。俄羅斯、美國、丹麥和日本等國家在該領域起步較早，技術也比較領先。

在科技部、自然資源部、國家外專局、國家自然科學基金委等部門和單位的支持下，我們積極組建研發(fā)團隊，開始了對南極鉆探技術的系統研發(fā)。

經過約15年持續(xù)努力，我們取得了一些成果，研發(fā)了系列極地冰鉆裝備，某些鉆探工藝和方法達到國際先進水平。來自德國、丹麥、智利、俄羅斯等國家的研究團隊也希望與我們合作，采用我們研發(fā)的設備進行鉆探。

比如，在冰下湖清潔取樣方面，為了確保取樣過程無污染，我們研發(fā)了全新的技術方法。傳統的鉆探取樣方法需要采用鉆井液來維持孔壁的穩(wěn)定，但這樣會導致湖水樣品被污染，而我們研發(fā)的可回收式自動鉆探取樣探測器（RECAS）相當于一個在冰中作業(yè)的機器人。潛入冰下前，它會先在地面對自身進行消毒和凈化，確保無污染物；潛入冰下后，它會自動鉆進，鉆開冰層，進入湖水取樣，然后自動返回，實現封閉式無污染取樣。

這項技術是我們的一項重要創(chuàng)新，也標志著我國在極地鉆探技術領域實現了從技術跟跑到技術領跑的轉變。

但在大型熱水鉆技術等領域，我們仍需努力追趕。目前我們正在積極研發(fā)，力求在這些領域取得突破。

從深地到深空

記者：我國鉆探技術目前已經在“入地”和“登極”等多個領域取得了顯著成果。未來鉆探技術的發(fā)展方向是什么呢？

孫友宏：在“入地”方面，2009年，我們開始研發(fā)“地殼一號”萬米大陸科學鉆機。2018年，“地殼一號”鉆井深度達7018米，創(chuàng)造了亞洲國家大陸科學鉆探新紀錄。十年磨一“鉆”，我國擁有完全自主知識產權的“地殼一號”攻克了高轉速全液壓頂驅系統、高精度自動送鉆系統和起下鉆自動排管系統等一系列關鍵技術難題。這一成果也標志著中國成為繼俄羅斯、德國后，世界上第三個掌握地下萬米鉆探技術的國家。

在“登極”方面，我們組織研發(fā)了冰下基巖鉆、深冰芯鉆和冰下湖鉆等多套極地科學鉆探裝備。尤其是針對南極冰下湖清潔鉆探的技術要求，我們變革性地提出采用底部鉆具熱融鉆進、頂部鉆孔凍結閉合的熱融鉆探方式進行無污染探測取樣，解決了南極冰下湖無污染鉆進采樣和觀測技術難題，填補了我國南極冰下湖探測技術與裝備的空白。

未來科學鉆探技術的發(fā)展將呈現多元化和深度化趨勢。在“上天”方面，我國已經開始布局深空探測，在月球、火星等星球鉆探取樣將成為新的研究熱點。而在“下?！狈矫?，隨著“夢想號”鉆探船投入使用，我國在大洋鉆探領域將迎來新的發(fā)展機遇。

記者：在深空鉆探和深海鉆探方面，我們需要解決哪些技術難題？

孫友宏：深空鉆探的環(huán)境極為特殊，可能面臨溫度變化、真空、低重力以及塵暴等極端條件。在這樣的環(huán)境下，鉆探裝備的可靠性、穩(wěn)定性和遙控操作的精準性都至關重要。因此，我們需要研發(fā)出能夠適應這些極端環(huán)境的鉆探裝備和技術，確保在無人操作的情況下順利進行鉆探取樣。

深海鉆探則主要面臨海面風浪、海中洋流、海底地層復雜多變等問題。鉆探裝備需要具備強大的抗風浪、抗洋流能力以及穩(wěn)定的海底作業(yè)能力。同時，我們還需要保障深海環(huán)境下數據的實時傳輸和處理，確保鉆探過程的安全性和有效性。

記者：您曾經說過，核心技術突破需要長時間的積累和努力。您認為應對“上天、入地、下海、登極”等極致挑戰(zhàn)的關鍵是什么？

孫友宏：我認為關鍵是要有明確的研究目標、持久的耐力和不畏艱難的精神。首先，我們必須有一個清晰明確的研究目標，這樣才能集中精力進行有針對性的攻關。其次，突破核心技術往往需要長時間的積累和反復試驗，因此我們要有足夠的耐心和毅力去應對各種困難和挫折，乃至失敗。最后，面對未知的挑戰(zhàn)和困難，我們不能退縮或放棄，而是要有勇往直前的勇氣和必勝的決心。只有這樣，我們才能在前進的道路上取得更大的突破和進展。

致青年科技人才

在這個充滿挑戰(zhàn)和機遇的時代，我希望你們要有自信，相信自己的能力和潛力，勇敢地探索未知世界、挑戰(zhàn)科學難題、攀登科技高峰。同時，我也希望你們要能自持，耐得住寂寞，坐得住冷板凳，不要急功近利，要有“十年磨一劍”的精神。此外，希望你們弘揚科學家精神，為科學、為科研、為理想而奮斗。要有為國家為民族奉獻的情懷，將個人的發(fā)展與國家的前途命運緊密結合起來。最后，我希望你們珍惜這個時代的機遇，抓住每一次機會去展示自己的才華和實力。相信在不久的將來，你們一定能夠成為支撐國家科技事業(yè)發(fā)展的棟梁之材。

——孫友宏