【海底科学的发展】“海底科学与划界全国重点实验室”的创建，是海底科学走向系统化、以服务国家重大需求为己任的重要标志

0    引言

海底科学(submarine geoscience)是以海洋岩石圈及其与水圈、生物圈界面为研究对象的海洋地球系统科学，是海洋科学的重要分支学科。其通过多学科交叉融合，聚焦海底演变规律、物质循环及能量传输过程，揭示海底资源环境效应与海底动力机制，可为深海矿产资源开发、大陆架划界、海洋权益维护等提供科学依据。近来，“海底科学与划界全国重点实验室”的创建，是海底科学走向系统化、以服务国家重大需求为己任的重要标志。

1    海底研究的起步与海底科学思想的萌芽

20世纪50年代，我国的海洋科学刚开始发展，学科门类不全，当时主要是关于生物海洋学的研究，难以全面满足国家的需求。武汉的中国科学院水生生物研究所在青岛设有海洋生物研究室，室主任为童第周，副主任为曾呈奎、张玺。1956—1957年，研究室调入一批年轻的大学生。我们的任务是要在毛汉礼先生的带领下建设非生物部分的海洋学科，即物理海洋学。这个研究室起初扩编为中国科学院海洋生物研究所，最终逐步发展成综合性的中国科学院海洋研究所，在大连、烟台、舟山和广州皆设有工作站。

　图1　20世纪60年代在海洋调查船上

1958年，我国首次启动大规模近海综合调查——“全国海洋普查”，涵盖生物、气象、水文、化学与地质等多学科调查，有力促进了我国近海海洋生物、海洋水文、海洋化学与海洋地质等的认识，并推动了海洋学科的发展。我们在青岛、广东、海南等地组建了多个海洋地质分析实验室，组织编写调查与分析规范，系统培训专业队伍。通过普查任务的实践，海洋地质工作从局部拓展至全国，迈向更广阔的海域(图1)。海洋油气资源对国家发展具有重要的战略意义，但海洋普查的初步方案并未包含海底油气勘查的内容。鉴于当时国际形势所迫，我们建议将海底油气勘查纳入全国海洋普查中，并获批准。然而，在当年技术基础薄弱、装备匮乏的条件下开展海上地震调查，困难重重。几经周折，在中国科学院党组领导的支持下，我们从石油部获得了国内首台地震仪，并自主绞制电缆、改装检波器，采用炸药爆炸造声的技术方案，逐步摸索出一套海上作业技术流程。在海军舰艇的支持下，我们历尽艰辛，终于完成了从山东龙口至河北秦皇岛的海上地震剖面探测，这也是我国第一条海洋地震剖面。1960年，我们协助地质部组建首支海洋物探队，开启渤海海底油气勘探，并于1959年底建议石油部将海南莺歌海列为首个海上油气勘探工区，1966年全力支持(包括装备、船只和技术人员等)石油部推进渤海海底油气勘探的全面展开。 

随着工作的深入，我们的研究重心逐渐从简单的油气找矿转向更具基础性的海底深部构造探测和海底油气远景评估，技术手段也从最初的海洋地震拓展到包括海洋地磁、重力、土工静力触探、浅地层剖面等综合探测体系。逐步完成对南黄海、北黄海和东海陆架的构造探测和油气远景评估。

图2　1979年在美国西部公司考察地震漂浮电缆

改革开放，我国迎来了科学的春天！1979年，我们有机会赴国外考察世界海洋科学的发展状况，发现我国与发达国家的水平差距较大，它们的装备系统先进(图2)，研究领域广阔，从近海到全球大洋与极地，形成了真正意义上的海洋研究。回国后，我们积极加强能力建设，建造新的海洋科考船，引进先进的技术与装备，以系统工程思想构建三级计算机自动控制与运作的现代化科学考察船，这便是后来著名的“科学一号”科考船。这艘凝聚多方心血的调查船在1981—1983年，配合我国外交部在日内瓦的大陆架权益谈判，越过东海陆架的钓鱼岛、切过冲绳海槽，开展维护我国大陆架­专属经济区权益的综合调查。研究表明，冲绳海槽毗邻东海大陆架，位于东海陆架与琉球群岛之间，其地壳厚度显著偏薄，性质上明显区别于大陆型地壳，这为我国大陆架划界提供了关键性科学依据。后续的90年代，在国家“八五”重大专项调查中，该成果获得进一步的证实。

80年代初，国家海洋局的科学家们在参与我国洲际导弹靶区监测任务之际获取了深海锰结核第一块样品，开创了我国深海、大洋研究的先河。从此，我国海底研究进入到全球大洋领域，开始参与国际竞争。

在实践过程中我们深切体会：面对国家海洋权益的维护、深海资源的勘探以及环境保护等重大战略需求，仅靠海洋地质或地球物理等单一学科已难胜任，因为深海­大洋的海底是一个统一的整体，必须发展综合性的交叉学科，将海洋地质­地球物理、海洋地球化学、深海生物作用、深海成矿系统，以及深海海底环境变化研究，甚至海洋法律与管理法等有机地结合起来，这便是建立海底科学的初步想法与思想萌芽。

2　深海资源勘查与海洋权益维护

1984年，国家海洋局第二海洋研究所(下简称海洋二所)开启了新的科研征程，启动南极科学考察，参与我国第一个南极站——长城站的建立。与此同时，国家海洋局联合几个中央部委积极筹建“中国大洋矿产资源开发协会”(1990年4月9日国务院批准成立)，并推动大洋的深海资源调查。

经过十多年的埋头苦干，海底探测研究的科学家队伍对东太平洋的深海矿产资源有了一定的认识积累。1990年，国家储量委员会组织审查我国在东太平洋区域的多金属结核矿储量，从60万平方公里的调查区中选出30万平方公里矿区，编写矿区申请方案，向联合国提出申请。同年，中国代表团出席联合国海底管理局和海洋法法庭筹委会会议，接受联合国技术专家组对我国东太平洋多金属结核矿区申请的技术审查。经过五天五夜的艰苦努力，通过5次严格的技术答辩，最终为我国争取到15万平方公里的理想矿区，助力我国成为世界上第五个国际海底先驱投资国。“八五”期间，我们继续承担国家重大专项“大洋多金属结核资源勘探开发”，在东太平洋海域开展了大规模环境与资源综合调查，获取了地形、沉积、水文、化学、生物及结核资源等第一手珍贵资料，在我国登记矿区内初步圈定出10.5万平方公里的远景勘探区，为后续落实7.5万平方公里富矿区奠定了基础。

八九十年代，大洋矿产资源调查依托国家海洋局向阳红系列船只，主力调查船为“向阳红16”。1993年5月，以海洋二所为主的科学家们启航，计划赴东太平洋考察深海矿产与基因资源等。不幸，1993年5月3日，“向阳红16”惨遭塞浦路斯3.8万吨巨轮撞沉，牺牲三人。所幸，科学家队伍未遭损失。为有牺牲多壮志，敢教日月换新天！我国的海底研究队伍就在这风急浪高、海况险恶的环境中奋力成长起来。

1986年，中国与西德进行海洋科技合作谈判，中德正式签署海洋科技合作议定书，双方商定开展联合科学考察与研究。首个联合研究便是“南海海洋地球科学联合研究”。自1987年起，利用德国“太阳号”调查船在我国南海与东海，分两个航次执行“南海海洋地球科学联合研究”和“东海与南海海洋沉积作用与地球化学联合研究”等计划，我们担任中方首席科学家，著名海洋地球科学家K. Hinz教授任德方首席。在南海地壳结构、构造演化以及多金属结核、结壳与稀土金属等新型海底矿产资源方面取得了系列新认识。

1991—1995年，海洋二所海底研究团队承担“八五”国家重点科技攻关项目“大陆架及邻近海域勘查和资源远景评价研究”，组织国家海洋局、地质矿产部、中国科学院和国家教委的有关单位，综合勘查了黄海、东海和南海的若干海洋权益攸关区，编绘了我国大陆架及邻近海域基础环境系列图，评价了我国大陆架及邻近海域的生物资源与矿产资源，建立了中国大陆架及邻近海域环境与资源信息库。这些扎实的工作，如同为国家的海洋版图绘制了一张精密的“科学底图”，为日后依据《联合国海洋法公约》维护我国的海洋权益奠定了数据和科学研究基础。1996年该项目得到国家三部委的表彰，项目主要负责人受到中央领导人的接见。

这些经历让我们愈加确信：海底科学研究必须紧紧围绕国家重大战略需求，而传统的单一学科路径已无法应对复杂的海洋问题，必须站在更高的维度，推动建立一门综合性、系统性的海底科学。

3　创建海底科学重点实验室

“学科发展，人才为先”。在国内，组建高水平科研团队是提升研究实力的关键，而依托平台建设汇聚人才、凝聚方向，尤为高效。因此，创建专业领域的重点实验室成为众多科研团队的共同追求。

1997年，海洋二所海底研究团队肩负着国家重任，更迫切感到必须推动海底科学从分散研究走向系统学科研究。是年，国家海洋局海底科学重点实验室(Key Laboratory of Submarine Geosciences, KLSG，下简称实验室)成立(图3)，并正式提出了“海底科学”的基本概念：它是一门研究海底自然现象、性质、变化规律及其资源开发与权益维护的系统科学。

图3　1997年国家海洋局海底科学重点实验室揭牌(右图为1999年留影)

海底科学重点实验室成立后，我们迎来我国海底资源调查、先进技术装备更新的跨越式发展。先后在技术上支撑我国于2001年对首个多金属结核勘探合同区的正式签署，2011年获得西南印度洋全球首个多金属硫化物矿区的批准，2014年获得西北太平洋富钴结壳合同区的批准等等。从而使我国成为国际上首个拥有“三种资源、多块矿区”的国家。此外，面对国家能源需求，我们还积极推动天然气水合物的勘探研究，组织天然气水合物香山科学讨论会等。

在国家“863”计划项目“海底地形地貌与地质构造探测技术研究”的支持下，组建了研究团队，在GPS地面差分台建立、超短基线定位装备研发和多波束解释软件研发等方面，我们重点攻克了海底多波束和深拖系统的全覆盖高精度探测技术，自主设计开发了海底声像处理系统(SBMapper)、海底视像处理系统(SBImager)和多波束海底地形电子成图系统(MBChart)三套核心软件，成功打破了国外在该领域的长期垄断。

在“中国边缘海的形成演化及重大资源的关键问题(2000—2005)”和“南海大陆边缘动力学及油气资源潜力(2007—2011)”两轮“973”项目的支持下，实验室联合国内优势单位，针对东海、南海两类不同动力(汇聚和离散)控制的边缘海系统开展了形成演化及其动力机制等基础问题研究，在揭示中国边缘海岩石圈结构与地壳性质、海盆扩张与俯冲碰撞、中生代俯冲带与海相残留盆地、大陆边缘动力过程与油气资源分布等基础前沿方向上取得系列重要创新成果。

数十载砥砺前行，海底科学重点实验室迎来了自身的深耕发展阶段，持续引领我国海底科学研究迈向新高度，科研团队建设取得新突破。2018年，方银霞领衔的大陆架划界技术创新团队入选科技部重点领域创新团队。2021年，吴自银领衔的海底科学与资源权益创新团队入选全国专业技术人才先进集体(图4)。如今，一批批青年才俊在这里成长，海底科学重点实验室已成为我国综合性的海底科学合作、交流与人才培养的重要窗口、平台和载体。然而，时代在召唤，学科应发展！部委级的海底科学重点实验室应该尽早发展成为国家级的海底科学实验室。

图4　2021年全国专业技术人才先进集体合影

(左起：方银霞，黎明碧，丁巍伟，金翔龙，李家彪，陶春辉，吴自银)

4　进入全国重点实验室序列

2020年，国家海洋局海底科学重点实验室更名为自然资源部海底科学重点实验室，发展步入快车道。实验室面向海洋强国建设需求，以“深海进入、深海探测、深海开发”为牵引，依托深海探测、资源勘查、通用技术及重大装备研发能力的突破，通过系统调查，构建了我国巨量的实测海洋数据库——涵盖中国海全海域的地质、地貌与地球物理数据以及深海大洋资源数据。基于丰富的海洋调查数据资料，针对国家海洋权益维护、海洋资源探测和开发方面的基础理论难题和卡脖子关键技术开展攻关，通过海底科学基础理论前沿突破、关键技术革新、重大装备研制，在海底演化与大陆架划界、深海资源探测与权益维护、海底探测技术与集成应用等三个方向发挥了重要的科技支撑作用，逐渐成为我国在海底科学领域大陆架划界和深海资源方向的引领者。

“天高任鸟飞，海阔凭鱼跃”。几十载风雨兼程，我们深刻见证了我国海底科学从无到有、从弱到强，亲历海底科学重点实验室的不断发展和跨越式升级。但回望来时路，我们心中始终存着一份未竟的遗憾——未能亲手打造真正的国家级科研平台。尽管那时我们在海底构造、资源勘探等方面已积累颇丰，但“建设全国重点实验室”这个愿望，始终是悬在心头的一盏明灯，照亮前路。

值得欣慰的是，新一代“海底人”已经成长起来，他们喊出了“扎根海底、面向全球、团结奉献、勇攀高峰”的口号，吹响了冲击全国重点实验室的号角。他们从深耕海底探测技术，到牵头国家大陆架划界专项，再到整合上海长兴海洋实验室、上海交通大学等多方力量推进全国重点实验室申报。短短四五年，李家彪就带领团队在超级汇聚环形俯冲系统、超慢速扩张洋中脊领域颠覆多项理论成果，并领衔我国首个联合国“海洋十年”大科学计划，孵化我所首篇Nature文章，荣获包括国家科技进步奖、何梁何利奖在内的系列重要科研成果，并主导制定国际标准。

全国重点实验室是国家依据《中华人民共和国科学技术进步法》统筹规划的科学技术研究开发机构，是我国的重要战略科技力量，是我国所有科研院所和高校梦寐以求的国家级科研平台，其重要性和申报难度可想而知。

2021—2024年，我们踏上了一场“路漫漫其修远兮”的艰难申报征程。这条路，承载着几代“海底人”跨越数十年的接力梦想，也是新时代海洋科技工作者践行海洋强国战略的深刻体现。2021年，在中央经济工作会议提出的“重组全国重点实验室”契机下，怀揣着“要进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋，加快海洋科技创新步伐”的国家使命，李家彪开始着手牵头全国重点实验室申报筹备工作，组建了跨单位、跨部门的全国重点实验室申报工作专班。2022年，工作专班赴国内有关单位开展深入调研交流，系统梳理了国内同类国家平台的先进经验、科技创新体制、人才队伍建设、运行管理机制和优化重组措施等，进一步明确了海底实验室的差异化定位：海底科学前沿发展的引领者、大陆架划界海洋权益维护的特长生。2023年，申报工作进入攻坚阶段，上海长兴海洋实验室、自然资源部第二海洋研究所和上海交通大学签署了三方共建协议，完成了跨机构的资源整合。2024年，工作专班赴上海封闭攻坚，组织“数理海洋地学”领域全国重点实验室研讨会和答辩筹备会，进一步明确了实验室的定位和“海底动力过程与地质演化、海底多场传感与协同探测、大陆架划界机理与智能决策”等3项紧密关联的重点任务。6月18日，实验室顺利通过了科技部组织的会议答辩，12月，科技部正式批准“海底科学与划界全国重点实验室”(State Key Laboratory of Submarine Geoscience, SGL)成立，并于2025年2月举行了揭牌仪式(图5)。那一刻，蓝色的梦想，终于镀上了国家的金辉。

图5　2025年“海底科学与划界全国重点实验室”揭牌仪式

(左起：方银霞，林忠钦，李家彪，仲东亭)

“士不可以不弘毅，任重而道远”。我国海底科学今日之格局，凝结着几代“海底人”数十载如一日的心血与汗水。如今，新一代“海底人”已经接过历史传承的火炬。我们深信，在科技创新新型举国体制的支持下，必将以此次升级为新起点，胸怀弘毅之心，勇担时代之责，深刻贯通“科学­技术­工程”全链条，在深蓝探索中续写华章，为海洋强国建设注入更强科技动能，让我国海底科学在世界舞台上绽放异彩，砺剑深蓝。