北极海缆路由工程地质勘察问题探析

顾洋 李萍 刘杰 刘焱光 冯秀丽

摘要：跨北极海缆以其铺设成本低、海缆传输距离短、信息传输速率高等优点成为多个国家优先选择的海缆线路。文章简要介绍了环北极国家和我国的北极海缆建设现状。

探讨了海冰对工程地质勘察区域的限制、海冰对工程地质调查取样的影响、海雾对工程地质勘察进度的影响和北极地缘政治对工程地质勘察的制约。

提出增强调查船舶破冰性能、加速勘察技术革新、提升海冰气象预报能力和深化国际合作等建议，以提升我国北极区域海上综合勘察能力。

关键词：北极;海缆路由;工程地质勘察;地缘政治;极地调查船

中圖分类号：P7 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2020）01-0010-05

Abstract：The trans-Arctic submarine cable had become the preferred submarine cable line in many countries due to its low laying cost，short submarine cable transmission distance， and high information transmission rate.The paper summarized the progress of Arctic submarine cable construction in Arctic countries and China.The effects of sea ice，sea fog and geopolitics on the engineering geological survey area，survey sampling and survey progress of Arctic submarine cable routing were discussed.Suggestions were put forward to enhance the ice-breaking performance of survey vessels，accelerate the innovation of survey technology，enhance the ability of sea ice weather forecast and deepen international cooperation，so as to enhance the comprehensive marine survey capability of the Arctic region in China.

Key word：Arctic，Submarine cable routing，Engineering geological survey，Geopolitics，Polar expedition ship

0 引言

目前，全球互联网的主要框架是由连接美国与欧亚的海缆构成，它们遍布在大西洋和太平洋中[1]。在过去的数十年中，受全球气候变暖的影响，北极冰盖和海冰逐渐消融，加之海缆设计与铺设技术的快速发展，使得铺设北极海缆成为世界关注的热点。作为“近北极国家”和“北极利益攸关方”，我国制订了北极长期计划，将建设北极海缆作为实现 “规划建设洲际海底光缆项目”“促进联合规划建设海底光缆项目，提高国际通信互联互通水平”“推动共建经北冰洋连接欧亚大陆的蓝色经济通道”等目标的具体行动[2-3]。建设北极海缆已成为我国北极发展战略的重中之重。

由于北极地理位置特殊，在北极海域开展科学考察，面临诸多自然环境和地缘政治的限制，开展海缆路由工程地质勘察也不例外。本研究通过分析北极对海缆路由工程地质勘察的影响，针对具体的影响因素提出建设性意见，对降低我国北极海缆路由工程地质勘察中遇到问题的可能性，提升我国的海上综合勘察能力具有重要意义。

1 北极海缆建设进展

1.1 环北极国家海缆计划与实施

目前连接欧亚大陆的海缆通信系统集中在通过苏伊士运河、马六甲海峡等南方路线以及通过太平洋、美国和大西洋路线，不仅传输距离远、海缆铺设维护成本高，还易受政治不稳定的中东地区影响。跨北极海缆以其铺设成本低、连接欧亚大陆的海缆传输距离短（缩短约40%）、信息传输速率高等优点成为多个国家优先选择的海缆线路。2010年以来，以美国、俄罗斯、芬兰、加拿大等为主的环北极国家先后计划在北极地区建设海底光缆，由于受资金、技术以及地缘政治等多方面因素限制，大部分计划被搁置，只有阿拉斯加地区的海底光缆计划顺利实施并开始运作[4-5]。

迄今为止，在北极铺设海底光缆主要有两条线路：一条是从俄罗斯北冰洋沿岸城市摩尔曼斯克出发，向西连接伦敦，向东沿东北航道以及北冰洋大陆架，穿过白令海峡连接中国和东京的 “俄罗斯北极海底光缆系统”（ROTACS）。ROTACS是第一个计划沿北极圈铺设的海缆通信系统，也是连接欧亚大陆距离最短的海缆信息通道。该项目于2011年10月获得俄罗斯政府信息和通信技术委员会的批准，并在2013年1月获得了电信部的财政支持，但最终由于技术和资金的限制被迫停滞。另外一条是加拿大多伦多北极光纤电信公司计划开发的“北极光缆计划”（Arctic Fibre）。Arctic Fibre通过西北航道连接东京、美国和欧洲，并兼顾连接加拿大和美国的北极区域。该计划在2016年被总部位于阿拉斯加的Quintillion公司收购，于2017年年底完成了第一阶段从阿拉斯加的诺姆市到普拉德霍湾海缆的铺设，并开始为阿拉斯加州提供带宽互联网服务。目前，Quintillion公司正致力于第二和第三阶段的路由勘查与海缆铺设工作。

1.2 我国参与北极海缆建设现状

自2017年年初以来，我国与俄罗斯、丹麦、芬兰、美国、挪威和加拿大就国际重大问题以及双边关系展开讨论，北极的发展合作也是其重要组成部分。中国和芬兰联合发布的《中华人民共和国和芬兰共和国关于建立和推进面向未来的新型合作伙伴关系的联合声明》为之后共同开展北极海缆计划奠定坚实的合作基础。2017年6月，中国将北极纳入“一带一路”贸易和基础设施倡议中，并为北极开发与管理制订广泛的计划，加速了与北极国家达成共建通信基础设施蓝色通道的共识。2017年7月，梅德韦杰夫总理表示愿意在北极航道上开展中俄合作。同年12月，俄罗斯总统普京在年度新闻发布会上正式邀请中国参加建设北极交通走廊，打造“冰上丝绸之路”[6]。至此，中俄为全面开展包括通信基础设施建设在内的北极开发合作达成了深刻战略共识、奠定了坚实的合作基础。

目前，在俄罗斯的积极支持下，中国和芬兰正开展合作，计划建设一条北极圈海底光缆系统（Arctic Connect）。该项目由中国工信部、中国电信集团以及芬兰方面主导，日本、挪威也将参与合作。Arctic Connect全长约1.8万km，途径北极东北航道，在芬兰、挪威、俄罗斯和日本均有登陆。这一项目本质上是陷入停滞的俄罗斯北极海底光缆系统（ROTACS）项目的重启，中国的“一带一路”倡议和中俄共同打造“冰上丝绸之路”的战略共识推动了该项目的复兴。一旦完成铺设并投入使用，将打造成连接欧洲和亚洲的最快速、最稳定的数据传输系统，实现欧洲和亚洲信息交流与发展的“双赢”。

2 北极海缆路由工程地质勘察的问题研究

2.1 海冰对工程地质勘察区域的限制

北冰洋多数海域全年被海冰覆盖是与其他大洋相比最突出的特征之一。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在第四次评估报告指出，近百年来北极地区平均地面温度上升幅度是全球平均温度上升幅度的两倍[7]，实际观测数据[8-9]也表明北极地区在进入21世纪后快速升温，夏季海冰覆盖面积逐年缩小，无冰区海域范围不断扩大。但在北极海域进行海缆路由工程地质勘察时，海冰对勘察区域依然会有很大限制。主要包括两个方面：一是北冰洋各海域在全年不同时段被禁止航行。虽然东北航道和西北航道在每年的7-9月有部分航道允许通行，但受气候、海冰等因素影响，与其他大洋航道相比每年允许通行时间和航道使用率都存在较大差距;二是在北冰洋海域进行海洋调查活动时，较厚的海冰会压缩可调查的区域。即便是夏季，受洋流、气压和海风的共同影响，浮冰和冰山的漂流也会对海上作业造成严重阻碍。

2.2 海冰对工程地质调查取样的影响

在冰区开展定点调查取样作业时，由于调查船和海冰的漂流速度不同步，易出现绞车钢缆钩挂海冰并随之漂移的现象，俗称“挂冰”。挂冰后难以挣脱，当钢缆与A架定滑轮形成过大夹角时，极易导致钢缆从滑轮脱槽，甚至绞车钢缆和水下设备丢失。目前的通用做法是在冰区作业时，开辟足够大的作业水域，保持在迎风面作业，并将绞车钢缆尽量靠近船舷，同时加强艉部甲板冰情瞭望，注意观察浮冰分布和运移状态，尽量避免绞车钢缆和设备拖缆挂碰浮冰。在实际操作中，受风速、海雾、海流等因素影响，该方法依旧无法避免 “挂冰”现象的发生。并且，在浮冰区进行如浅地层剖面、地震勘探等拖曳式调查时，设备遇到浮冰会出现拉拽、弹跳、甚至断裂现象，导致测量结果无法使用，在全覆盖的冰区更是不能利用常规方法进行拖曳式的调查和取样工作。

2.3 海雾对工程地质勘察进度的影响

北冰洋的海雾是海冰-大气-海洋三者相互作用产生的天气现象[10]。与其他大洋相比，北冰洋的海雾主要发生在夏季，并以平流雾、辐射雾和蒸汽雾为主。根据我国第三次和第四次北极考察记录显示，在海雾环境下开展科学考察的概率均超过50%[11]。特别是在夏季的7—8月，东西伯利亚海和楚科奇海的月平均雾日在15～20 d;白令海可达60%～70%，且海雾的生消与日变化关系不显著;俄罗斯北部海岸的年平均雾日可达80 d以上，北极群岛附近可达158 d[12]。与其他大洋相比，北冰洋海雾具有季节集中、种类突出、影响范围大、持续时间长等特点，加之北极海域洋流和航道的复杂性，对北极航行和勘察进度造成了巨大的挑战，往往导致任务延期完成，增加勘察成本和时间。特别是在搭建冰上作业平台时，需要时刻观察周围是否有北极熊活动，海雾将严重影响观察员的可视范围，造成安全隐患。同时，在下放和回收海洋设备时，海雾也会影响工程地质勘察进度，降低工作效率。

2.4 北极地缘政治对工程地质勘察的制约

北极地区的陆地、岛屿及近岸海域隶属于加拿大、美国、俄罗斯、瑞典、丹麦、挪威、冰岛和芬兰等8个环北极的国家[13]。丰富的自然资源、日益提高的战略地位以及诸多利益的驱动，使得北极地区的地缘政治环境更加复杂，利益博弈更加激烈。首先，国际多种政治体争相参与北极事务，参与北极事务的国家由环北极国家向整个北半球国家扩散，北极地缘政治的发展趋于全球化。其次，无论是环北极国家还是北极理事会观察国又或是其他组织机构，纷纷制订多层次、多领域的北极计划，以获得国际社会的合作和北极利益。

由于北极事务涉及多个国家的共同利益，并且目前还没有针对各国在北极行为具有强制约束力的国际条约，因此在北极事务的诸多方面矛盾依然突出。根据《联合国海洋法公约》，在他国海洋专属经济区内有铺设海底光纜和管道的自由。但在环北冰洋国家领海和专属经济区内进行海缆路由工程地质勘察时，必须事先申请，在取得相关国家的许可后才能实施。基于海洋工程勘察的特点、国际海底光缆的多国俱乐部合作形势，以及美国并没有加入公约等要素，为应对北极复杂的地缘政治条件，在北极国家专属经济区内进行北极海底光缆的路由勘察和铺设应以双边或多边合作的形式开展。

3 我国开展北极海缆路由工程地质勘察的建议

3.1 增强调查船舶破冰性能，提高自动化管理水平

国内外破冰船主要采用两种破冰方式：一种是配备大马力装置推进船头切割冰层;一种是利用船头船尾压水舱的注水排水，船头冲上冰面再凭借自身重量压碎冰层。这两种传统的破冰方式受破冰船尺寸的限制，开辟的航道宽度较小，且难以应对北极多年厚冰层和巨大冰山。我国最新自主建造的雪龙2号极地考察船搭载了双向破冰技术，在一定程度上增强了科考船的极地破冰性能，但仍需进一步推进船型设计、破冰方法、勘察设备以及动力系统等方面的技术升级。近几年，其他国家的实践也为我国开发新的破冰技术提供了思路和经验，如芬兰阿克北极技术公司开发的“侧向”破冰技术，俄罗斯开发的激光破冰技术[14]等。此外，北极地区不受《南极条约》的约束，允许核动力船舶在北极或者北极周边海域活动，可以建造核动力破冰船，保障北极科考任务的圆满完成，并为我国在今后的北极开发合作中赢得更多主动权。另外，为应对北极复杂的自然条件及诸多不确定因素，实现高度的自动化管理有助于提高海上作业的可靠性和操控性，显著降低特殊海况和极端天气对人为操作的影响，同时促进相关产业的设备升级和技术进步。

3.2 加速勘察技术革新，提高勘察作业效率

为应对浮冰对科考作业过程的影响，新修造的雪龙2号极地考察船已经为定点作业的水文调查专门设立了月池，来防止海冰对水文调查的影响，但对拖曳式的调查取样、艉甲板的地质定点调查取样来说，仍没有好的办法可以避免海冰对取样过程的影响。因此，在进行北极海缆路由工程地质勘察时，特别是非开敞水域的冰区，亟须开发相关技术方法，减轻海冰对路由勘察作业的影响，降低勘察设备丢失、损坏风险，提高在极端环境下的勘察作业效率。此外，加强对北极海缆路由工程地质勘察影响因素的研究，分析超低气温、破冰产生的噪声等因素对勘察的影响，通过优化设计，开发应用新技术等方式，实现勘察技术体系全面升级，保证勘察结果的可靠性。

3.3 加强水文气象观测，提升海冰气象预报能力

提高海冰和气象信息的观测预报能力，为我国的北极海域科考和航运活动提供了强有力的保障，也显著减少海冰快速变化给现场作业造成的危害。目前，环北极国家凭借地理优势具有丰富的观测手段、庞大的观测数据和较完善的观测预报产品，在北极的海冰和气象观测预报方面确立了全球领先的地位。且北极8国之间合作众多，观测数据和产品绝大多数仅实现合作国之间共享，因此计划外的国家和机构都难以获取和使用[15]。我国通过与环北极国家合作共建海冰气象观测站、组织多国极地联合考察、成立北极海冰气象观测预报办公室等形式，可直接或间接地获取共享北极海冰气象的观测数据、历史分析资料和预报产品等，以达到完善我国的北极海冰气象观测数据库，为海冰气象精准预报提供丰富的观测资料的目标。目前国际上海冰预报时效一般在24～144 h，预报的准确度取决于海冰监测数据的数量和气象预报的质量[16]。我国还要加强极地气象精准预报研究，利用不断丰富的海冰气象观测资料，通过细化影响海冰气象变化趋势的敏感度因素，改进现有的演算变化趋势的数值模型等，在实现海冰气象变化信息精准预报的前提下，进一步延长精准预报的时效，保障考察船的航行安全和考察进度。

3.4 深化国际合作，提高我国海缆路由勘察实力

与8个环北极国家相比，我国的地理位置决定了在开展北极海缆路由工程地质勘察过程中，会受到诸多条件的制约。加之北极地缘政治愈发复杂，使北极利益的攸关方之间处在矛盾与共识突出、合作与竞争并存的态势中。为实现北极海缆建设、打造欧亚蓝色经济通道，我国需要深化与环北极国家之间的合作，特别是深化与俄罗斯之间的战略合作伙伴关系，充分利用“一带一路”倡议为深化合作提供有力保障，推动打造“冰上丝绸之路”战略为北极海纜的路由勘察和铺设提供更多服务和便利。

纵观我国海缆产业的发展，由于缺乏大型国际海缆项目经验，海缆项目参与度较低，积累经验慢，难以支撑产业发展和技术突破。通过深化合作，组织开展联合海缆路由勘察、参与北极海缆建设与维护，全面参与北极海缆建设的方方面面，有利于我国实现海缆产业跨越式发展，提升我国在国际海缆建设合作的话语权。也只有通过深化合作，借鉴国外的核心技术，实现海缆技术弯道超车，才能在北极复杂多变的政治环境中掌握海缆建设主动权，保障我国的核心利益。

4 结语

在全球海洋开发愈发聚焦在北极的大背景下，铺设连接欧亚大陆的北极海缆凭借传输距离短、延迟低、安全稳定等优点成为多数环北极国家的重点计划。我国国际海缆建设起步较晚，应加速应对北极复杂自然环境的研究，创新打造具有一流破冰性能、高级自动化管理水平、健全可靠的海冰、气象观测预报体系的海缆路由勘察船;加大影响勘察进度及可靠性的因素研究，加强与北极国家的技术合作，尽快实现我国勘察技术升级和体系优化;完善勘察规范，提升海上作业人员专业水平，确保勘察结果的可靠性。多措并举，推动我国在北极海缆建设事业的蓬勃发展，为国际信息数据传输开辟新的篇章。

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