钻取南极深冰下基岩样品的重要性可与登月取样媲美。然而，由于极地恶劣的环境条件和复杂的冰下环境，其钻探取样难度不亚于月球取样，截至目前尚没有任何国家在南极内陆成功地钻取过冰下基岩样品。

    2014-2019年，在国家自然科学基金重大仪器专项“极地深冰下基岩无钻杆取芯钻探装备”项目的支持下，围绕南极甘布尔采夫冰下山脉的形成和演变机制等前沿科学问题和冰下基岩取样技术难题，吉林大学极地研究中心自主研发了我国首套深冰下基岩无钻杆取芯钻探装备，课题组成员针对南极冰下基岩钻探作业环境恶劣、取芯介质多变、无法提供大扭矩和高钻压等特点，突破了可移动式集成化工作舱、模块化铠装电缆式电动机械钻具、冰岩夹层钻进用高效PDC钻头和小钻压低扭矩金刚石钻头等关键技术，研发了多功能无钻杆式孔底驱动机械钻具系统、钻具快速升降系统、钻探状态实时检测控制系统、移动式工作舱系统、低温钻井液及辅助装置系统，可实现粒雪层干孔钻进、冰层及冰岩夹层钻井液孔底局部循环钻进、冰下基岩金刚石钻进等多工艺取心钻探。

甘布尔采夫山脉地形图

可移动式钻探舱（左）和发电舱（右）

可移动式钻探舱可实现高效的冰/岩芯钻探和处理，并可兼具供电、钻具维修及测井等功能，可实现在南极快速运移和转场，为实现南极大范围钻探场地变更或多点钻探施工提供了重要保障。

可移动式钻探舱和发电舱工作状态示意图

根据南极自上而下地层的多变性，研发了多功能无钻杆式孔底驱动机械钻具系统（Ice and Bedrock Electromechanical Drill , IBED），钻具结构采用模块化设计，仅通过更换不同的功能模块实现不同的钻进工艺，可完成上部积雪层、冰层、冰岩夹层和冰下基岩取芯钻进，大大降低了设备成本和现场工作量。该钻具在冰雪层钻进中钻头的回转速度为90 rpm，钻头内外径为105/136mm；在冰下基岩钻进中钻头的回转速度为400 rpm，钻头内外径为40/62mm。

1-电缆终端；2-滑环部件；3-反扭装置；4-电气压力舱；5-浅钻驱动；

6-冰钻驱动；7-配重；8-冰下基岩钻驱动；9-浅层积雪层钻具；

10-扩孔钻；11-冰层取芯钻具；12-冰下基岩取芯钻具；

多功能无钻杆式孔底驱动机械钻具

2018-2019年，研发的装备在南极达尔克冰川进行了现场应用，实现了冰盖透底钻探和冰下基岩钻探，获取了198m连续冰芯和6cm的岩心。此次钻探获得的冰下基岩样品是我国首次钻取南极冰下基岩岩心样品，也是国际上在该区域首次获得冰下基岩样品，同时更是近60年来东南极首次钻取冰下基岩样品，意义重大，这也标志着我国成为了及俄罗斯（前苏联）、美国之后第三个有能力，并且实现在南极冰盖钻取冰下基岩样品的国家。