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国家海洋局海底科学重点实验室成立于1997年，是国家海洋局首批设立的重点实验室之一。依托单位为国家海洋局第二海洋研究所，现任实验室学术委员会主任刘光鼎院士，实验室名誉主任金翔龙院士，实验室主任初凤友研究员。
实验室围绕国家海洋权益、海底资源和深海探测技术等国家需求，面向国际竞争以应用基础研究为重点开展创新性研究，揭示海底的基本特征、变化规律与动力过程，重点突破海底演变机制及其对资源环境控制的关键科学问题，发展海底科学的学科理论体系及深海高新技术，为国家宏观决策提供科学依据，成为海底科学合作研究与交流的窗口和载体。实验室固定人员60人，其中，博士生导师8人，硕士生导师20人；博士32人，研究员23人。1人入选浙江省特级专家，6人入选浙江省“151人才工程”和国家海洋局“双百人才”。6人在国际学术组织任职，11人在国内学术组织担任职务。在刘光鼎、金翔龙、欧阳自远、秦蕴珊等院士为首的学术委员会指导下，实验室形成是一支中青年为主、规模适当、年龄结构和专业结构合理的高素质科研队伍，研究区域涵盖中国边缘海、太平洋、印度洋、大西洋和南北极，主持完成了多项高水平、综合性的国家重大专项，为我国海底科学的发展做出了重要贡献。16年来，实验室承担包括973项目、863项目、国家自然科学基金、行业公益性专项和国家海洋专项等共计200余项；发表学术论文500余篇，出版专著10余部，论文集6部，申请专利和软件登记证书20余项，编制海洋调查规范（国家标准）和基础地质地球物理图集多部，研制开发海底探测设备20余套。实验室现拥有国际先进的海底勘测与测试研究设备，具备海底地形地貌、综合地球物理、海底地震、综合地质、底质环境和海底资源的自主调查能力，建有岩矿分析、沉积分析、同位素分析、技术研发、底质声学和综合地球物理解译等6个专业实验室，形成岩矿分析、同位素分析、原位沉积学分析和综合地球物理解译等内业分析特色。