大洋钻探

摘要： 历经53年的发展,国际大洋钻探计划从DSDP(Deep-sea Drilling Program)到IODP(International Ocean Discovery Program),在机构设置、运行机制、管理模式等方面积累了丰富的经验,并得到世界各国的认可。长期以来,通过参与并成为该计划的正式成员国,我国在科学研究、人才培养、国际合作等各方面取得了快速的发展,逐步成为国际大洋钻探领域的重要一员。随着新一轮钻探计划到期,受新冠肺炎疫情和经济不景气等因素的影响,国际大洋钻探计划面临经费支持不足、钻探平台到期、新计划运行意见不统一等系列问题,而这对提高我国在该领域的国际影响力和话语权是一个重要的机遇。为此,建议我国应该进一步理顺大洋钻探运行机制,组建及实施新的运行管理机构及模式,加大科技、人才、国际合作等方面的投入力度,充分调动国内外科学家以及政府和民间的积极性,推动我国引领的国际大洋钻探事业发展,为全球海洋发展和生态文明建设贡献中国力量。

摘要： 海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。

摘要： 随钻扩孔是大洋钻探跟管钻进工艺的关键技术环节,扩张式随钻扩孔器通过压差控制刀翼的张开和闭拢,扩孔率大,可有效实现套管跟管钻进。设计了悬臂式扩孔器,采用偏置式喷射孔布置对刀翼进行冲刷,运用计算流体力学理论,采用标准k-ε湍流模型,对喷射孔在不同角度和直径下的流场进行模拟分析。模拟结果表明:作用于扩孔刀翼切削齿的流体速度和动压力受喷射孔角度、直径和环空钻井液综合影响;随着喷射孔角度α从40°递增至90°,作用于切削齿的流体速度呈类余弦曲线变化;随着喷射孔直径d从4 mm增大到10 mm,作用于切削齿的流体速度和动压力呈抛物线型变化;综合考虑冲刷效果、加工性能和喷射流体与环空钻井液的相互作用,优选α=70°、d=8 mm。陆地试验和浅海试验证明,扩张式随钻扩孔器结构功能可行,扩孔尺寸满足套管正常跟管钻进需求,优选的喷射孔角度和直径可对刀翼形成良好冲刷,有效防止泥包产生。研究成果可为大洋钻探不同规格的随钻扩孔器设计提供参考依据。

摘要： 针对目前大洋钻探钻遇破碎带硬岩地层复杂情况,在总结国内外破碎带地层钻探施工中的主要技术难点与对策的基础上,结合现场施工中的实际情况,分析施工中经常遇到的破碎带地层特点,提出了应用化学凝胶技术解决破碎带地层井下复杂问题的新思路。提出了适用于不同地层温度的化学凝胶体系基本配方,通过正交试验设计,优选出了最佳体系配方,形成一套完善的适合深海钻探用高温树脂凝胶护壁作业规程。

摘要： 大洋钻探在海底泥面钻孔,需要解决钻探过程泥面坍塌和钻具反复重入钻孔的问题。重入锥是大洋钻探钻孔重入的专用装置,可采用自由落体和跟管钻进2种方式部署。自由落体式重入锥是一种临时性重入井口,用于支撑短期内钻孔重入,而采用跟管钻进工艺部署的重入锥井口,可作为一种永久性的海底装置,支撑现阶段乃至以后多航次的钻孔重入。笔者介绍了钻孔重入和跟管钻进技术的原理、关键器具和工艺流程,并总结了首次浅海试验情况。通过浅海试验验证了重入锥与跟管钻进同步部署工艺流程的可行性,测试了自研套管送入工具及张敛式随钻扩孔器的功能性,发现了送入工具在密封结构方面存在的不足,为进一步开展深海复杂地层钻孔重入和跟管钻进技术研究奠定了理论和实践基础。

摘要： 地球上除了板块边界形成的岩浆活动之外,在板块内部也广泛存在大规模岩浆活动。其中,板内岩浆活动在大洋中形成了广泛的洋底高原和链状分布的海山。20世纪70年代,国际上提出“地幔柱”假说来解释洋底高原和有时间序列的海山链成因。“地幔柱”假说认为,深部地幔物质上涌过程中包裹周围地幔物质,并在浅部上地幔发生高程度部分熔融,首先形成大规模洋底高原,接着在运动的板块之上形成有年龄序列的洋岛/海山链。然而,长期以来,并没有找到明确有成因联系的洋底高原-海山链系统,使得该假说一直没有得到证实。卡洛琳火山系统由西部的卡洛琳高原和东部卡洛琳洋岛/海山链组成。回顾了卡洛琳海山链火山岩已有研究成果,结果显示,卡洛琳海山链很可能是由一个年轻(约30 Ma)地幔柱形成。尽管如此,在卡洛琳洋底高原和东部海山链之间还有大量平顶海山尚未进行过火山岩采样研究,目前对该海山链系统是否由一个地幔柱“热点”连续形成还缺少明确证据。由于该区海山通常被沉积物或礁灰岩覆盖,常规采样困难。本文提出对该平顶海山区进行5个站位的钻探采样,并开展岩石学、年代学和地球化学研究,并与卡洛琳洋底高原和海山链进行详细对比,将有望检验“地幔柱”假说是否成立。

摘要： 北太平洋作为全球大洋环流的重要组成部分,在高低纬间热量和物质的传输与再分配方面起到重要的调控作用,进而影响到地球气候系统。基于过去50多年来的大洋钻探工作,前人在北太平洋地球科学的研究上取得了一系列的成果。本文回顾了北太平洋古海洋和古气候方面的研究进展,包括:(1)东亚夏季风和西部边界流演化,以及其对高低纬热量、水汽的传输;(2)北太平洋中层水和深层水的性质变化、分布范围和驱动机制,以及冰期旋回中水体垂直交换作用的气候响应;(3)风尘输入对亚洲内陆古环境的反映,及其对北太平洋生产力的铁肥效应。尽管前人针对上述科学问题都开展了相应的研究工作,但目前在对北太平洋上述几方面的认识上仍然存在着分歧。基于对前人研究的总结概括,本文最后提出了未来北太平洋研究的关键科学问题,强调了多圈层、多系统角度对深入认识过去地球气候系统变化的重要性,并对未来大洋航次开展的理想靶区进行了展望。

摘要： 大洋科学钻探是研究海洋地质、探索地球系统的一盏明灯。国际大洋钻探计划自1968年发起至今已实施50余年,历经“深海钻探计划(DSDP)”、“大洋钻探计划(ODP)”、“综合大洋钻探计划(IODP)”和“国际大洋发现计划(IODP)”四个阶段,已经成为地球科学领域迄今规模最大、影响最深、历时最久的国际大科学计划。国际大洋钻探计划的实施改变了我们对地球系统的认识,包括对海底扩张的首次确认、南极和北半球冰川史以及海底极端环境生物圈的发现等。

摘要： 洋底高原的形成与演化过程是近年来海洋地质学关注的重点科学问题之一。卡罗琳洋底高原位于西太平洋雅浦海域,其构造演化独具特色,经历了热点火山作用、俯冲碰撞和裂解等多个地质事件,为洋底高原的研究提供了关键案例。目前对卡罗琳洋底高原演化过程的认识尚未完全明晰,未来研究可聚焦4个方面:(1)卡罗琳洋底高原北部正常洋壳年龄的厘定,揭示卡罗琳板块-太平洋板块边界的位置与形态;(2)结合钻井、地震地层学研究,建立地层年代框架,识别区域构造事件的发生时间与影响范围;(3)揭示索罗尔海槽岩石圈的张裂阶段及新洋壳是否形成;(4)阐明卡罗琳洋底高原俯冲前缘挠曲断裂带地壳的性质与年龄。近年来,我国十分重视卡罗琳海域的地质和地球物理调查研究,并有望开展大洋钻探计划。本文在前期工作的基础上提出了雅浦海域大洋钻探站位选取建议,希望可以解决以上关键科学问题,为全球洋底高原的形成演化研究贡献中国智慧。

摘要： 滨海断裂带是南海北缘的一条大型活动断裂带,其位置靠近我国华南沿海地区。滨海断裂带全长超过1200 km,包括西段(北部湾-阳江),中段(珠江口)和东段(粤东-福建)。其西段和东段历史上至少曾发生过4次大地震(M7+),中段目前是一个大地震空区。在经济高速发展和人口高度密集的今天,如果滨海断裂带再次发生大地震并触发海啸,必将对我国华南沿海地区造成灾难性破坏。由于缺乏完整的历史地震记录和针对古地震的钻孔沉积研究,目前尚不清楚滨海断裂带大地震的准确次数、空间分布和复发周期,以及中段大地震空区的主要原因(断层蠕滑或大地震周期较长),因此无法有效评估该断裂带的大地震破裂分段和灾害风险。本研究总结了滨海断裂带的构造特征、重点描述了3次历史大地震及引发的灾害影响,和国际上针对海底大地震的钻探研究经验。根据这些信息,本文建议在断裂带的西段、中断和东段进行大洋钻探,获取穿过断层带的关键沉积和岩石样品,利用沉积古地震方法重建滨海断裂带东段和西段的大地震历史和复发周期,研究断层带的岩石物理性质,揭示滨海断裂中段大地震空区的成因,解析断层分段式破裂的原因,为我国海洋防灾减灾提供重要的科学依据。

摘要： 科科斯无震洋脊沿中美洲海沟向加勒比板块的低角度俯冲对中美洲汇聚板块边缘的构造演化产生了深刻影响.显然,科科斯脊何时到达中美洲海沟并开始俯冲是理解中美洲汇聚板块边缘构造演化的关键.但是对于科科斯脊初始俯冲时间的认识长期以来有着很大分歧,从1Ma到7-8Ma不等.旨在研究中美洲俯冲带地震机理研究的大洋钻探334和344航次在科科斯脊上实施了钻探,并对科科斯脊直接采样-这使得从科科脊的记录中直接获取其初始俯冲时限成为可能.其中U1381站位取自科科斯脊东北端,钻穿了沉积物到达玄武岩基底,岩芯共长103.5米.沉积物主要为深海相钙质软泥和上覆半深海相粘土.在深海相与半深海相沉积之间存在一个明显的沉积不整合.本文对U1381站位的岩芯开展了详细的古地磁和岩石磁学研究。结果显示，岩芯中沉积间断的起始时间为~9.61Ma和~1.52Ma，即~8Myr的沉积缺失。总结附近站位的沉积记录发现，沉积间断呈现出区域分布的特征。根据沉积间断的区域分布特征，认为沉积间断很可能与科科斯脊的初始俯冲密切相关。沉积间断可能是由于科科斯脊低角度俯冲产生扰曲而引起或是由于初始碰撞产生滑坡产生的侵蚀性大洋底流所引起。磁性地层年代表明，科科斯脊初始俯冲的时间应该不晚于1.52Ma。结合上覆板块快速抬升的时间为＜3.0Ma,科科斯脊的初始俯冲应发生于1.52-3.0Ma之间。

摘要： 在海洋水合物钻探领域,大洋钻探计划(ODP)204和综合大洋钻探计划(IODP)311航次最具代表性和影响力,而国内对于这两个航次中的水合物岩心获取、处理和分析方面的介绍和分析比较少。本文结合国内水合物勘探总体情况和岩心处理分析技术研究现状,介绍和讨论了ODP204和10DP311航次岩心处理分析技术,对后续我国海洋水合物的勘探取心技术发展提出了几点建议。

摘要： 本文首先介绍了从"大洋中脊"到"深生物圈"深海的发现概括.然后通过对大洋钻探30年来部分成就的描述,指出了大洋钻探的目标.最后通过对地球观测系统的叙述,深入探讨了海底监测的特点,方法及其技术应用.指出深海大洋不只是人类了解地球亟待填补的空白,也是国家资源和安全保障之所系.

摘要： 本发明涉及钻探系统及用于监测和显示用于钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法，具体地公开了一种用于监测用于地下钻探操作的钻探参数的钻探系统和方法。

摘要： 本发明提供一钻探游走采集器，适于被置于一钻井液，其中钻探游走采集器包括：一主板和一外衣，其中所述外衣包裹所述主板，其中所述钻探游走采集器的所述外衣适于接触于所述钻井液，由所述主板采集所述钻井液周围的环境数据，其中所述外衣进一步地包括一内含物，其中所述内含物的密度低于所述主板的密度。本发明进一步地提供一钻探探测系统和一钻探探测方法。

摘要： 本发明提供一钻探游走采集器，适于被置于一钻井液，所述钻探游走采集器包括：一主板和一外衣，其中所述外衣包裹所述主板，其中所述钻探游走采集器的所述外衣适于接触于所述钻井液，由所述主板采集所述钻井液周围的环境数据，其中所述外衣具有一头部和对应的一尾部，其中所述头部和所述尾部相互地对应位于所述外衣的两个外延端。本发明进一步提供一钻探探测系统和一钻探探测方法。

摘要： 本发明为一种勘察数字化钻探系统及钻探参数的采集、传输和分析方法，所述系统包括钻机、传感器、采集仪、云服务器以及人机交互装置，所述方法为通过在钻机上安装传感器，并操控采集仪控制传感器获取数据，并将数据进行分析处理，最后通过物联网上传到云服务器，进行再加工后，发送到各个人机交互装置上。本发明的优点为，它能够有效监管现场钻探全过程是否满足现行国家相关技术标准的有关规定，实现了钻探、取样数据的实时采集、远程无线传输、云存储和异地终端显示。

摘要： 本发明涉及钻探自动化控制组件及钻探工艺，其包括旋转的驱动转盘(14)；在驱动转盘(14)上设置有利用水流动性作为动力发电的多方向发电机(17)；多方向发电机(17)包括水平旋转设置在驱动转盘(14)上的摆动主轴(18)及下端竖直设置在摆动主轴(18)上的摆动臂(19)；在摆动臂(19)上端设置有朝向水流方向的摆动手(20)，在摆动手(20)上设置有二次旋转电机轴(21)；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

摘要： 本发明涉及煤田钻探领域，具体的是一种煤田钻探深孔钻探中的钻孔自动纠偏方法，包括以下步骤：S1、保证场地平整，使得储备泥浆高出施工水位，防止钻孔过程中由于孔内压力小于孔外压力而导致坍孔；S2、在确认好钻孔位置后，将钻机移动到施工位置处；S3、操作钻机起落钢丝绳中心应对准桩中心；S4、钻机就位后校正，底座平整稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量；S5、在成孔前，安装垂直度监测系统和钻头纠偏系统，自动纠偏后再成孔操作；S6、清孔后，对钻孔进行阶段性的成孔质量检查；S7、对孔内进行注浆，完成钻孔。在成孔前，钻头纠偏系统将钻杆垂直度纠正回正常范围内，在钻孔的过程中自动纠偏，提高钻孔质量。

摘要： 本发明提供了一种用于浅层钻探的钻探工具，包括基座，用于与地面紧固连接；手持杆，设置于所述基座上，所述手持杆沿竖直方向延伸并贯穿所述基座；钻孔装置，能够与所述手持杆可拆卸连接；其中，所述基座上设置有夹持机构，所述夹持能够限制所述手持杆以使其只沿设定方向移动。本发明能够避免钻探工具在使用中造成钻头变形或断裂，达到延长钻头寿命的效果。

摘要： 本发明公开了一种精准控制钻探深度的岩土工程勘察用钻探装置，具体涉及机械领域，包括板体，本发明通过设有第一液压缸、滑槽；滑块、支撑杆，使得第一液压缸驱使连接板向下移动，继而使得连接板带动连接板两侧固定连接的支撑杆在支撑板的一侧进行滑动连接，从而使得两个支撑杆一侧固定连接的滑块在支撑板一侧开设的滑槽进行滑动连接，便于工作人员更好地控制钻头进行钻探深度勘测时对深度的精准测量，安装卡槽、卡块、第二液压缸、转轴，有利于工作人员使得卡块与对应卡槽活动连接，从而使得卡槽内壁活动安装的转轴经由连接轴的转动调节卡块的角度，打开外接控制第二液压缸的外接电源开关，有效地提高装置的支撑效果。

摘要： 本发明公开一种利用大洋钻探井深部地热开发水合物的方法，包括以下步骤：分别获取大洋钻探井的目标区与水合物钻采井的目标区；若大洋钻探井与水合物钻采井目标区重合，则在目标区上方海平面建立钻采平台；通过钻采平台依次获得大洋钻探井与水合物钻采井，使水合物钻采井与大洋钻探井相连通；在大洋钻探井内与水合物钻采井内放入柔性热管；柔性热管包括吸热端、冷凝端以及绝热段，绝热段用于连接吸热端与冷凝端，吸热端位于大洋钻探井内，冷凝端位于水合物钻采井内；在水合物钻采井内进行水合物开采工作。通过柔性热管将大洋钻探井深部地热传递到水合物钻采井内，完成科学钻探的同时提高水合物开采效率。

摘要： 本发明公开了一种电动机械式跟管钻进取心钻具，用于大洋钻探，涉及大洋科学钻探钻采设备及技术领域，其包括：套管、可活动脱离所述套管的滑环组件、反扭力组件、密封舱体、配重组件和驱动循环钻机，其中，所述滑环组件、所述反扭力组件、所述密封舱体、所述配重组件和所述驱动循环钻机通过一铠装电缆串联，所述驱动循环钻机用于钻进岩层并收集岩心样品，且所述驱动循环钻机至少工作在钻进作业前状态、钻进作业中状态和钻进作业后状态。本发明的钻头可收缩至钻具内部并随绳索取心钻具提至地表，遇到钻头磨损等问题可及时更换，大大简化了因钻头磨损需要将整套钻具提离至钻探船甲板的过程，从而节省施工时间，节约施工成本，提高施工效率。