大洋鑽探計劃(Ocean Drilling Program)是由美國國家科學基金會主持的，全球研究地球結構和演化過程的科學家和研究機構共同參與的一個國際性研究計劃。目前，該計劃每年投資約4500萬美元，資金由8個國家或國際組織提供，分別是德國、日本、英國、美國、中國、法國、澳大利亞/加拿大/中國臺北及韓國組成的海洋鑽探協會和歐洲海洋鑽探協會，這一夥伴關係的正式名稱是“地球深層採樣聯合海洋機構” (Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling，簡稱“JOIDES”)。其中，美國承擔60%的費用，其它正式成員每年承擔300萬美元，準會員每年承擔50萬美元。該計劃的主要目標與任務是通過研究海底岩石和沉澱物所包含的大量地質和環境信息，獲得地球的演化過程和變化趨勢。該計劃的科學研究活動依賴於大洋鑽探船來開展和實施。截止目前，該計劃共開展了四個階段的科學研究活動：第一階段：深海鑽探計劃（DSDP，1968～1983年）；第二階段：大洋鑽探計劃（ODP，1985～2003年）；第三階段：綜合大洋鑽探計劃（IODP，2003～2013年）；第四階段：國際大洋發現計劃（IODP，2013～2023年）。50年來，科學大洋鑽探在全球各大洋鑽井三千餘口、累積取芯超過40萬米，所取得的科學成果驗證了板塊構造理論，創立了古海洋學，揭示了氣候演變的規律，發現了海底“深部生物圈”和“可燃冰”等，取得了一次又一次的科學突破，引起了整個地球科學領域的革命。
鑽探計劃實施50年
深海鑽探計劃（Deep Sea Drilling Program），是大洋鑽探計劃的第一階段，從1968開始實施，至1983年結束。
為了獲取地殼、地幔之間物質交換的第一手資料，美國自然基金會從1966起開始籌備“深海鑽探計劃”。1968年8月，“挑戰者”號深海鑽探船第一次駛進墨西哥灣，開始了長達15年的深海鑽探。從1968年8月11日開始至1983年11月計劃結束，“格羅瑪·挑戰者”號船完成了96個航次，鑽探站位624個，實際鑽井逾千口，航程超過60萬公里，回收岩心9.5萬多米。除冰雪覆蓋的北冰洋以外，鑽井遍及世界各大洋。深海鑽探的原始資料與成果按每個航次一卷彙編成《深海鑽探計劃初步報告》(Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project)，至1985年已出版80餘卷。該階段研究所收集的大量資料已成為地球科學的寶庫，其研究成果驗證了海底擴張和板塊構造說、創立了古海洋學、證實了俯衝增生和構造侵蝕作用、獲取了邊緣盆地的資料、揭示了中生代以來的板塊運動史、闡明瞭洋底玄武岩的性質和證實了地質歷史上的偶然事件。除上述貢獻外，深海鑽探計劃在全球性地層對比、成岩作用、地震火山形成機理、深海鑽探技術以及海底礦產資源等方面也有新發現、新進展。綜合來說，深海鑽探計劃為地球科學帶來了一場革命。
國際大洋鑽探計劃（Ocean Drilling Program），是大洋鑽探計劃的第二階段，從1985年開始實施，至2003年結束。
“國際大洋鑽探計劃”始於1985年墨西哥灣的第100航次，啟用“決心”號作為新的鑽探船。到2002年6月止，該船共接受來自40多個國家的近2700名科學家上船考察，鑽取的巖芯累計長達215公里，鑽探最深達海底以下2111米，鑽探作業的最大水深達到了5980米，共在全球各大洋鑽井近3000口。通過該計劃，科學家揭示了洋殼結構和海底高原的形成，證實了氣候演變的軌道週期和地球環境的突變事件，分析了匯聚於大陸邊緣深部流體的作用，發現了海底深部生物圈和天然氣水合物，導致地球科學一次又一次重大突破。
綜合大洋鑽探計劃（Integrated Ocean Drilling Program），是大洋鑽探計劃的第三階段，從2003年開始實施，至2013年結束。綜合大洋鑽探計劃是一項旨在通過研究海底沉積物和岩石來探索地球歷史和結構的宏大國際研究計劃。該計劃的規模目標最為雄心勃勃，以“地球系統科學”思想為指導，計劃打穿大洋殼，揭示地震機理，查明海洋深部生物圈和天然氣水合物，理解極端氣候和快速氣候變化的過程，為國際學術界構築起新世紀地球科學研究的平臺，同時為深海新資源勘探開發、環境預測和防震減災等實際目標服務。鑽探船也由“大洋鑽探計劃”時的一艘增加到兩艘以上，其鑽探範圍擴大到全球所有海區（包括大陸架淺海和極地海域），領域從地球科學擴大到生命科學，手段從鑽探擴大到海底深部觀測網和井下實驗。綜合大洋勘探計劃在深部生物圈、地球殼幔結構、俯衝工廠和地震活動、古環境記錄及海底資源探測等方面均取得了大量成果。
國際大洋發現計劃（International Ocean Discovery Plan），是大洋鑽探計劃的第四階段，計劃從2013年10月開始實施，預計至2023年結束。2011年6月，《2013～2023年國際海洋發現計劃》公佈，該報告闡述了未來10年新的IODP重點發展的4大領域：氣候與海洋變化、生物圈前沿、地球表面環境的聯繫和運動中的地球。總體科學目標是通過對海洋的研究認識地球生命起源，探索地質演化歷史和過程，理解地球圈層之間的相互作用。報告同時闡述了新的IODP在這4個研究領域中未來發展面臨的14個挑戰：1 地球氣候系統會對大氣CO2濃度升高做出怎樣的反應；2 氣候系統對化學擾動影響海洋的情況下的適應性是怎樣的；3 冰原和海平面如何對氣候變暖做出響應；4 什麼因素控制區域降水，它與季風或厄爾尼諾現象是否有聯繫；5 深海生物群落的組成、起源和生物化學機制是什麼；6 什麼限制深海生物的生命；7 生態系統和人類社會對環境變化的敏感程度如何；8 地幔的組成、結構及活動狀態情況是怎樣的；9 地幔融化與控制洋中脊結構的板塊構造有何相互作用；10 大洋地殼和海水之間化學交換的機制、程度和歷史；11 俯衝帶如何產生週期性的不穩定狀態及如何生成大陸地殼；12 什麼機制控制毀滅性地震、山崩及海嘯的發生；13 什麼特性和過程控制深海碳的儲存和流動？14 洋流怎樣將深海構造、熱學過程和地球生物化學過程聯繫在一起。
相比於綜合大洋鑽探計劃，國際大洋發現計劃更加強調科學新意、突出社會需求。新計劃以探索海洋深部瞭解整個地球系統為目標、以預測未來為己任，展示了海洋科學、乃至地球科學最前沿的誘人前景。在技術上發展新手段，不再以“鑽探”為限，將向海底井下觀測預警、海底微生物的檢測培育和鑽穿地殼探索上地幔等方向和領域發起新挑戰。
大洋鑽探船
大洋鑽探計劃之所以能順利實施並取得如此輝煌的成就，大洋鑽探船是關鍵。大洋鑽探船是全世界深海高技術的集成，能夠在水深數千米的海底實施鑽探，是目前在海底深部取樣的唯一手段。大洋鑽探計劃開展40餘年來，共有3艘專用的大洋鑽探船為該計劃提供服務，即DSDP時期的“格羅瑪·挑戰者”號、ODP時期開始使用至今的“喬迪斯·決心”號和綜合大洋鑽探階段加入的“地球”號；前兩艘船由美國建造出資建造，後者為日本貢獻。此外，歐洲大洋鑽探聯盟（ECORD）自綜合大洋鑽探階段以來提供“特定任務平臺”實施IODP航次，不過並沒有固定的鑽探船，而是根據不同科學任務臨時租用相應的鑽探船或平臺。
“格羅瑪·挑戰者”號
“格羅瑪·挑戰者”號鑽探船（Glomar Challenger）是1966年美國為深海鑽探計劃（DSDP）專門新建的一艘鑽探船，也是隨後15年深海鑽探計劃中唯一的專用鑽探船。該船於1968年在美國德克薩斯州完成建造，船長121米，寬19米，排水量10500噸，最大工作水深約6100米，是第一艘能在水深大於6000米的海底進行鑽探的船舶。“格羅瑪·挑戰者”號中部的井架高43米，井架頂高出海面61米，鑽桿直徑為12.15釐米，隨船可攜帶近7000米的鑽桿。“格羅瑪·挑戰者”號裝備有動力定位系統，能在9級風速時進行正常作業；配置有縱橫搖與升沉補償系統，保證船的縱搖和橫搖不超過9°。
1968年8月11日，“格羅瑪·挑戰者”號首航墨西哥灣，拉開了深海科學鑽探的序幕，正式為DSDP服務，直至1983年DSDP結束。1968年至1983年間，“格羅瑪·挑戰者”號共完成96個航次，在除北冰洋之外的各大洋的624個站位上鑽井1112口，取得巖芯97000餘米。該鑽探船目前已退役。
通過研究“格羅瑪·挑戰者號”所獲得的寶貴巖芯，科學家們取得了大量重要的科學發現。其中，最引人注目的就是DSDP第3航次在南大西洋的鑽探。研究結果表明：南大西洋洋殼的年齡沿洋中脊兩側逐漸變老，這一重大發現有力地證實了海底擴張學說。此外，DSDP在地中海的鑽探發現：地中海曾經是一個乾涸的湖泊，這一結果轟動了當時的科學界。
“喬迪思·決心”號
“喬迪思·決心號”（JOIDES Resolution）鑽探船，原名“Sedco/BP 471”號，是一艘石油鑽井船，於1978年在加拿大的Halifax船廠建成，最初為美國Sedco公司和英國石油公司所有，用於墨西哥灣的海洋油氣勘探。1985年1月，該船在美國帕斯卡古拉完成用於科學考察工作的適應性改造後，成為大洋鑽探計劃（ODP）的專屬鑽探船。在2007年至2008年間，“喬迪思·決心”號鑽探船在新加坡對生活樓和實驗室部分進行了升級改造。“喬迪思·決心”號鑽探船目前仍是國際大洋發現計劃（IODP）實施的主力船型。
“喬迪思·決心”號鑽探船船長143米，船寬21米，滿載排水量18636噸（吃水約7米），月池直徑7米，井架高度61.5米，大鉤載荷590噸，具備操作9150米鑽桿的能力，採用非隔水管鑽探方式。它採用雙軸雙槳電力推進方式，每軸功率為3300千瓦。它具備動力定位能力，配置了10臺550千瓦的可伸縮式全迴轉推力器，還配置了2臺550千瓦的側推裝置，可在7.5米波高、60節風速、3節流速的環境條件下定位。該船配置了7臺柴油發電機，其中5臺2100千瓦，2臺1500千瓦。該船還配置了2臺550千瓦的泥漿泵，6個泥漿池共400立方米，8個散料罐共386立方米。該船的液艙儲量包括4000立方米柴油、1300立方米鑽井水、160立方米飲用水和800立方米壓載水。該船配置了4艘70人封閉式救生艇，5只25人氣脹式救生筏。該船定員130人，其中OPD官員和科學家60人，鑽井操作人員和船員70人。“喬迪思·決心”號鑽探船採用無隔水管鑽探方式，無需下放防噴器組，對月池尺度需求較小，採用的是直徑7米的圓形月池，該船航速約為10節。
“喬迪思·決心”號鑽探船的主要功能是對海底土壤進行鑽探並取樣，同時對提取出來的巖芯進行實驗分析。“決心號”鑽探船採用單根操作，自動化程度低，鑽探作業十分耗時。在5500米水深作業時，下放鑽桿的時間需約12小時。當鑽桿到達海底時，開始進行取芯作業。取芯器具通過鑽桿中心下放，隨鑽桿轉動鑽入地層，通過回收取芯器取出巖芯。一般來說，完成一次取芯器的下放和回收需要90分鐘。當鑽深較深時，由於地層土壤的物理特性會有很大變化，需要更換適合該土壤切割的鑽頭，這就需要把鑽桿一節一節的提取出來。在更換鑽頭後，鑽柱再在聲納系統的導引下重新進入原來的鑽孔進行鑽探。鑽探船上配置有船載實驗室，可及時對提取出來的巖芯樣品進行岩石學、古生物學、地球物理學和地球化學等方面的分析研究，船上同時配有冷藏存儲區對巖芯進行低溫保存，以便運回陸地做進一步的研究。
1985年1月至2013年9月，“喬迪斯·決心”號先後為“大洋鑽探計劃”和“綜合大洋鑽探計劃”服務，共完成145個航次，鑽井2236口，獲取巖芯279993米。這些巖芯為固體地球旋迴與地球動力學、地球過去氣候變化和深部生物圈等方面的研究提供了寶貴材料。
“地球”號
為了在新世紀的大洋鑽探中與美國、歐洲等國競爭領導權，日本政府斥巨資建造了“地球”號鑽探船。“地球”號鑽探船2002年初下水，2005年交船，總造價達到了驚人的5.4億美元，是世界上第一艘採用隔水管鑽探的大洋鑽探船。該船於2007年正式為IODP服務，但是由於“地球”號運行費用十分昂貴，每年只能有4個月時間用於科學鑽探，其他時間則需要尋找機會從事商業鑽探，從而獲得相應的經濟收入來補充科學研究的運行費用。
“地球”號是為特定目標而建造的一艘立管鑽探船，為日本海洋研究開發機構（JAMSTEC）所擁有，由其旗下的深部地球探測中心（CDEX）負責運行。該船可容納200人（包括船員、鑽探工人、技術人員和科學家），續航力為20000海里。
“地球號”鑽探船船長210米，船寬38米，型深16.2米，滿載排水量57500噸（吃水約9.2米），月池長21.9米，寬12米，井架高度70.1米，大鉤載荷1250噸，具備操作10000米鑽桿的能力，採用隔水管鑽探方式，隔水管鑽探最大作業水深2500米（具備升級至4000米作業水深能力）。它配置了6臺4200千瓦的全迴轉推力器，3臺位於尾部，3臺位於首部，同時配置了1臺2550千瓦的首側推裝置。尾部推力器實現航行功能，該船經濟航速10節，最大航速12節，6臺全迴轉推力器共同實現動力定位能力，可在4.5米波高、23米/秒風速、1.5節流速的環境條件下定位。該船配置了6臺5000千瓦的主柴油發電機，還配置了2臺2500千瓦的輔機。
“地球”號鑽探船的主要功能是對海底土壤進行鑽探和取樣，並對提取出來的巖芯進行實驗分析。該船配置了先進的鑽探系統，採用隔水管鑽探方式，配置有海底防噴器，通過閉式泥漿循環將岩屑攜帶出來，隔水管鑽探最大作業水深2500米。該鑽探船上同樣配置有船載實驗室，可及時對提取出來的巖芯樣品進行岩石學、古生物學、地球物理學和地球化學等方面的分析研究。船上同時配有冷藏存儲區對巖芯進行低溫保存，以便運回陸地做進一步的研究。
“DP Hunter”號
“DP Hunter”鑽探船於1978年由新加坡Far East Livingstone造船廠建造，2002年在波蘭進行了加裝鑽探系統改造，是一艘具備動力定位能力、能支持潛水作業的鑽探船。該船是IODP歐洲船舶平臺的主要用船；同時，多家礦產公司租用該船對海洋礦產資源進行了勘探和資源評價。
“DP Hunter”鑽探船總長104米，垂線間長95.2米，船寬18.8米，吃水5.2米，排水量8150噸，總載重量4500噸，月池長7.6米，寬6.1米，配置了SeaCore R100鑽塔，採用無隔水管鑽探方式。船尾配置了2臺2000馬力的全迴轉推力器和1臺800馬力的管隧式推力器，船首配置了2臺800馬力以及1臺1000馬力的管隧式推力器。尾部2臺全迴轉推力器實現航行功能，該船最大航速11.5節，經濟航速為9節。6臺推力器共同實現動力定位能力，動力定位等級為DP-2。該船定員128人，12間單人間，24個雙人間，17個四人間。
“DP Hunter”鑽探船的主要功能是對海底礦物進行鑽探並取樣。從2006年開始，加拿大鸚鵡螺公司租用該船在巴布亞新幾內亞專屬經濟區俾斯麥海和所羅門海內的勘探執照區進行了多金屬硫化物礦藏的巖芯鑽探取樣。2011年，加拿大鸚鵡螺公司從巴布亞新幾內亞獲得俾斯麥海20年的開採租賃權。其中，第一個站點被稱為Solwara1，探明的儲量約有21個足球場的大小，包含24萬噸銅、2.5萬磅黃金，還有銀和鋅，總價值可達到30億美元。日前，鸚鵡螺公司正在我國的馬尾船廠進行採礦船的建造。另一家澳大利亞礦業公司Neptune在其新西蘭的專屬經濟區的多金屬硫化物勘探工作中，也是租用了“DP Hunter”進行海底鑽探取樣，對礦區進行資源評價。
中國的大洋鑽探船
我國於1996年初正式向該計劃的牽頭單位美國國家科學基金會提出加入申請並承諾繳納有關費用。1998年，中國作為“參與成員”加入該計劃，於1999年4月正式加入國際大洋鑽探計劃。通過競爭，我國贏得了1999年春在南海實施首次大洋鑽探的機會，並由中國科學院院士、同濟大學海洋與地球科學學院汪品先教授擔任首席科學家。國家自然科學基金委員會資助汪品先院士等進行的“東亞古季風的海洋記錄”研究就是國際大洋鑽探計劃的一部分，汪院士作為首席科學家成功主持了南海大洋鑽探184（ODP-184）航次活動，取得了一系列科研成果，“ODP184航次報告”於2000年出版。
經國務院批准，國家科技部於2004年2月6日成立中國IODP委員會並建立聯絡員制度，同時組建中國IODP專家委員會和中國IODP辦公室，標誌著中國積極參與大洋鑽探科學研究的競爭，併成為國際群體中的重要成員。
從2013年底正式啟動的新十年“國際大洋發現計劃”是由中國科學家建議、設計並主導。中國也正式成為“新十年國際大洋發現計劃”的“全額成員”，並在該計劃科學諮詢機構所有工作組享有代表權、在每個航次擁有兩個航行科學家的名額。
人類向深海進軍，恰值我國建設海洋強國、致力華夏振興的時期。就目前的國際形勢來看，發展深海科學，中國幾乎是世界上唯一既有實力、又有願望的新推手，在國際合作中應當抓住時機挺身而出。
工欲善其事必先利其器。科學大洋鑽探船是深海研究中的“航空母艦”，中國如果想在深海科學研究領域迎頭趕上，具備國際競爭力，就必須籌劃建造自己的大洋鑽探船。在過去40多年的大洋鑽探計劃裡，美國和日本因為擁有了先進的大洋鑽探船，其深海科技水平大幅提高，人才隊伍快速成長，成為全球深海研究中的重要力量，始終佔據著大洋鑽探的領導權。可見誰擁有大洋鑽探船，誰就能站在深海科技競爭的制高點。我國一旦擁有了自己的大洋鑽探船，在國內必然會極大地促進深海科技的發展，使整個海洋事業升級，在國際則必然進入深海研究的前沿與核心。
我國已經充分認識到了大洋鑽探船的重要性，所以正逐步加大這方面的投入和研究力度。為落實《中國製造2025》製造強國戰略目標，推進船舶工業供給側結構性改革，加快提升海洋工程裝備研發創新能力，工信部於2016年7月下發的《高技術船舶科研計劃項目指南》(2016年版)中已經把“大洋勘探船船型開發”列為重點研究內容，以提升我國深海礦產資源勘探開發裝備的自主創新能力。
（作者：CCS海洋工程技術中心 劉成名 李洛東 韋斯俊）
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