我国深海资源勘探开发正加速向更深水、更复杂地层推进,但“看得见海底、看不清地层内部”的能力短板长期存在。
深海地层蕴藏天然气水合物、深海稀土、多金属结核等关键资源,关系能源与资源安全,也牵动海洋生态与作业安全。
当前,如何在高水压、低温、高盐度和地质条件不稳定等极端环境下,实现对地层内部的低扰动探测与长期原位监测,成为深海科学研究和产业化开发面临的现实难题。
问题在于:传统作业方式更多依赖大型平台或固定式设备,机动性不足,难以在复杂地形与目标地层间灵活部署;监测往往集中于“点位式、短周期”,对地层内部变化的时间连续性、空间覆盖度不够;深海数据获取还面临传输难、维护难、长期可靠性验证周期长等约束,导致关键参数难以及时、稳定地回传,影响对风险的早识别与对资源赋存规律的系统认识。
造成上述瓶颈的原因,一方面来自深海环境的极端性:压力大、腐蚀强、能量补给受限,任何装备都要在“耐受性、可靠性、轻量化、智能化”之间取得平衡;另一方面来自任务需求的综合性:既要能进入地层内部钻进,又要在钻进过程中保持定位精度与姿态稳定,还要携带多类传感器开展多参数监测,并兼顾低扰动和长期运行。
这对结构设计、导航定位、路径规划、传感器集成及数据处理提出系统性要求。
在此背景下,中国地质调查局广州海洋地质调查局研发团队通过理论分析、数值模拟、室内试验和现场测试相结合,研制出国内首台兼具深海地层自由钻探与原位智能监测功能的深海机器人,并在南海1264米水深海域完成试验作业。
该机器人采用模块化多体节设计,身高约2.5米、重量约110千克,便于根据任务需求快速更换功能模块与传感器组合;在定位与自主作业方面,融合惯性导航、磁信标辅助定位等手段,提高复杂环境下的定位稳定性与作业可重复性;同时具备自主避障与路径优化能力,可在地层内部避开岩石、生物残骸等障碍物,动态规划更优作业路线,提升作业效率与安全性。
此次试验不仅验证了装备在深海环境中的适应性,也在业务层面形成了可用数据成果。
航次作业中,机器人进入目标地层开展原位实时监测,获取2000余组甲烷浓度、溶解氧、地层结构等数据,为分析试采区地质背景、评估资源赋存与环境响应提供了更细粒度的证据链。
对深海资源开发而言,甲烷等关键指标的连续监测有助于识别地层活动与流体迁移特征,降低开发过程中的安全风险;溶解氧等环境参数的获取,则为生态影响评估与绿色开发提供基础支撑。
从影响看,这一成果为我国深海勘探与地层原位监测技术体系补上关键一环:一是推动探测从“外部观测”向“内部获取”延伸,提高对地层结构与物性变化的辨识能力;二是促进深海作业由“单次采样”向“长周期连续监测”升级,为风险预警、过程管控和科学决策提供更可靠的数据底座;三是为天然气水合物等新型能源资源的安全试采与规模化评估提供装备储备,也为深海稀土、多金属结核等资源调查的精细化与规范化打开新路径。
对策层面,业内普遍认为,深海装备从样机走向工程化应用,需要在可靠性、标准化与体系协同上持续用力。
下一步可在三个方面推进:其一,围绕更复杂多样地层与海况开展多海域、多工况的连续验证,形成覆盖典型场景的性能边界;其二,加强传感器体系与数据链路建设,提升多源数据融合与实时分析能力,形成从监测到预警的闭环;其三,推动与深海科考平台、试采工程、长期观测网等体系协同,实现装备、任务与数据平台一体化运行,提升整体效能。
展望未来,随着我国深海科学钻探工程和深海资源调查持续推进,对“机动部署、低扰动进入、长周期监测、数据可追溯”的需求将更加迫切。
该类机器人若在续航、抗干扰、长期稳定性及维护便利性等方面进一步提升,有望在深海资源勘探开发、地质灾害监测、海底工程安全评估等领域形成更广泛应用,为我国深海科技自主创新与产业能力提升提供坚实支撑。
深海是人类最后的资源前沿,也是大国竞争的新高地。
该深海立体钻探与原位监测机器人的成功研制,体现了我国在深海科技领域的自主创新能力和技术进步。
随着这一系列深海装备的不断完善和推广应用,我国将进一步掌握深海资源勘探的主动权,为国家能源资源安全和海洋强国建设奠定坚实的技术基础。