深海是连接地球的巨大空间,深藏着极其庞大的战略矿物资源,是地球生命支持系统的重要组份,而深海岩石记录了地球生命起源,海洋要素关键信息,是研究板块构造学说、揭示大洋岩石圈成矿机制等的重要载体。深海具有高压、低温、高盐、暗黑等极端环境特点,人类对其了解程度甚至不如火星,由于深海的独特性和重要性,美、日及欧洲强国在上世纪80年相继开展了大量深海钻探研究工作,随着以“蛟龙号”7000米级载人深潜器的应用成功,我国在深海探测工程方面发展迅速,面向深潜器的精细化钻探技术已成为深海极端环境下开展高质量资源勘探开发的重要手段。与陆地钻探相比,深海岩芯取样探测在作业环境、技术要求以及基础条件均有极大的差异:高压环境带来钻头结构发生改变,水阻环境对破削力及破碎流场;深海岩石的破碎行为具有明显的多结构性、应变软性及不遵守连续力学法则特点,对钻探机理分析带来挑战;受深海准失重环境及深潜器轻量化搭载的要求,可提供的钻进压力微小,给岩芯取样带来难题。针对上述问题,系统开展深海环境下深潜器小钻压钻削机理与精细化钻探方法研究。开展小钻压下深海岩石钻进特性分析及其力学特性研究。基于大洋岩石物理力学统计数据,建立岩石力学及可钻性分析模型;基于单粒金刚石切削力分析,获得岩石切削过程中运动规律、钻头换层规律,建立深海岩石破碎动力学机理模型。针对切入深度、压力强度、岩石抗压强度等关键参数,开展钻速、钻压、钻机功率度等关键参数的定量分析,获得最优工艺参数取值区间。开展基于离散元理论的岩石破碎行为仿真分析及参数匹配研究。基于离散元颗粒流分析法开展岩芯取芯行为特性仿真分析,建立深海钴结壳岩石三维离散元本构关系模型,根据Hertz-Mindlin接触模型匹配策略,建立泊松比、摩擦系数、抗剪强度等岩石离散元颗粒本构匹配模型。基于EDEM离散元仿真分析,建立含表观黏聚的变本构离散元模型,开展钻头结构、转速、钻压等变量参数下取芯行为特性研究。开展面向深潜器的精细化钻探技术研究。针对深海高压、高腐蚀极端环境和载人深潜器轻量化负载要求,通过深海压力补偿、耐压舱、动静密封等设计,研制基于蛟龙号的高效能轻型电驱一体化取芯负载试验样机,建立与蛟龙号载人深潜器相融合的精细化钻探系统;基于深海小钻压工况,以高效钻进为设计准则,提出内外双排分布式离散型主副切削刃双顶角取芯钻头构型设计方法;针对精细化钻探需求,通过钻机与蛟龙号载人深潜器控制、能源、操作等的接驳适配试验,验证系统功能性。最后开展小钻压负载条件下钻取取芯行为特性分析及深海试验验证。基于深海岩石切削模型与离散元建模仿真分析,构建深海钻进负载钻削特性试验载体,对三种类型取芯钻头开展钻削试验;基于负载行为特性试验,采用试验驱动模型优化的研究策略,完善深海环境下破碎岩石的钻进力学模型,获得最小钻进力、钻机速度等工艺参数取值规律;基于蛟龙号机械手坐底作业时的运动学、动力学等特征,建立岩芯钻机与深潜器之间相互耦合作用的精细化操作动力学模型;最后依托中国大洋航次开展深海环境下蛟龙号钻探系统钻取试验,验证钻探理论及钻机性能,为小钻压下深潜器厘米级精细化作业及规程制定提供试验方法支撑。