民營企業參與我國地球物理勘探裝備創新的難點與建議

馬一行，顏廷杰，田宏鈺，閆 浩，陸占國，張 斌

（1.中國地質調查局發展研究中心，北京 100037；2.自然資源部礦產勘查技術指導中心，北京 100037；3.中國地質調查局自然資源綜合調查指揮中心，北京 100055；4.中國石油勘探開發研究院，北京 100083；5.黑龍江省地球物理勘察院，黑龍江 哈爾濱 150036；6.北京桔燈地球物理勘探股份有限公司，北京 102200；7.湖南繼善高科技有限公司，湖南 長沙 410208）

0 引言

地球物理勘探裝備是礦產勘查裝備的重要組成部分之一，是開展地質找礦、深部探測等工作必須應用的科技載體。目前我國自主研發的地球物理探測裝備，除航空磁測系統等少數儀器外，多數常用國產裝備在主要技術指標、穩定性、易用性等方面與國外先進儀器仍有一定差距[1-3]，國內在用商業化大型地球物理儀器以國外引進為主，國產儀器使用率較低。在此情況下，近年來不僅我國有關高校、科研院所等國有企事業單位不斷加強科技攻關，以北京桔燈地球物理勘探股份有限公司（以下簡稱“桔燈勘探”）和湖南繼善高科技有限公司（以下簡稱“繼善高科”）等為代表的民營地球物理裝備企業也在積極開展自主研發，并實現了部分儀器的國產替代或國際領先。民營企業作為我國科技創新的主要力量之一，其既有對市場需求敏感、自身機制靈活等優點，同時也面臨著許多創新與生存發展的困難。通過調研分析主要民營地球物理裝備企業的成長背景、現狀、面臨困難，研究提出有關建議，以期能夠促進我國民營地球物理裝備企業創新發展，提升國產化儀器性能和實用性，更好地支撐和服務新一輪找礦突破戰略行動。

1 民營企業成長背景

1.1 國內快速發展的地質勘查事業提供了良好機遇

以桔燈勘探為例，該公司成立于2004 年。當時，在新一輪國土資源大調查、全國危機礦山接替資源找礦等國家重大專項的推動下，我國地質勘查事業得到快速發展。2006 年《國務院關于加強地質工作的決定》的頒布實施，更是將地質勘查事業發展推向了新的高潮[4-6]。2004—2010 年，我國地質勘查總投入從313 億元增加到1 023 億元，年均增長超過20%，其中，“十一五”期間（2006—2010 年）我國地質勘查總投入達3 708 億元，是“十五”期間（2001—2005 年）的2.7 倍[7]。強大的投入創造出對地球物理勘探裝備的旺盛需求，為民營企業前期立足和發展提供了重要條件。

1.2 國際形勢和國內市場的改變催生自主創新動力

近年來，國際科技競爭加劇，國外部分先進地球物理勘探裝備和高精密傳感器等核心部件被封鎖無法引入國內。由于前期市場的大量需求，國內陸續成立了多家以代理國外儀器為主業的地球物理勘探裝備公司，內部競爭激烈。加之受經濟增速放緩影響，礦產勘查投入進入下行周期，市場需求減少，單純依靠代理銷售的模式已無法使民營企業長期生存下去[8]。此外，在勘查技術原理沒有巨大突破的情況下，設備指標先進性或不是市場追求的唯一因素，需求更多集中在設備穩定性、便捷性、輕量化等方面。而國外企業在這一方面對設備的升級和完善周期較長，無法滿足國內市場的迫切需求。國內外形勢和市場需求的變化，推動企業走向自主創新之路。

1.3 小眾行業沒有來自大型企業的壓力

地球物理勘探裝備是儀器儀表和礦產勘查領域中很小眾的行業，目前國內也只有年均5 億元的銷售額。加之，國外儀器在國內市場占有率較高，國產儀器商業空間不大，難以吸引國內大型裝備制造企業涉足該領域[9]。為數不多的國有地球物理勘探裝備企業或因天生缺乏創新動力，生產的設備市場認可度并不高，而相關高校和科研院所雖然科研能力強，但不具備儀器商業化的有效機制和生產能力。諸多因素為民營企業創造了相對寬松的自主創新環境。

2 民營企業參與地球物理勘探裝備創新現狀

據不完全統計，近20 年來國內先后注冊了200余家民營地球物理勘探裝備企業，其中約80 余家企業因難以適應市場形勢變化、產品缺乏競爭力、自身營業不善等原因被淘汰。目前還在經營的民營企業約100 余家，主要為儀器代理企業（占比25%）、儀器代理和研發企業（30%）、信息服務與軟件企業（45%），多數是為工程和地震監測領域服務，研發以地球物理相關數據處理軟件為主，對整機進行自主研發且專注于為地質找礦服務的企業數量大約不足1/3，其中最具代表性的企業有桔燈勘探和繼善高科。此外，武漢地大華睿地學技術有限公司、武漢捷探科技有限公司、湖南奧成科技有限公司、珠海市泰德企業有限公司、北京港震科技股份有限公司、浙江大年科技有限公司等企業在電磁儀、地震儀和無人機航空物探等領域具有較強研發能力。

這些民營企業參與裝備創新的方式主要有三種，一是自主研發，組建自己的研發團隊，引進專業技術人才，投入資金和人力資源針對具有較大市場潛力的地球物理裝備進行研發；二是技術引進與合作，通過長期代理儀器的優勢，引進國外先進技術，聯合國內高校、科研院所等單位與相關國外儀器廠商合作，共同研發符合國內需求的設備；三是技術轉移與轉化，企業以購買或合作等方式承接高校、科研院所技術樣機成果，后續根據市場需求進行產品化研發，進而實現裝備創新。

目前部分民營地球物理勘探裝備企業對創新的投入積極性比較高，企業大多以自有資金或融資等方式投入，少量企業可以與牽頭科研單位一起申報國家科技類項目和地方科技類項目，獲得財政經費的支持。企業投入規模一般在每年幾百萬元到上千萬元不等，產品不同場景的試驗、試錯、軟硬件的優化等是資金使用的主要方面。整體來看，我國民營企業在地球物理勘探裝備創新方面已初具規模，但與國外知名儀器公司相比尚有不小差距，其發展仍然面臨著諸多困難。

3 民營企業創新發展面臨的困難

3.1 自主裝備從研發到產品化周期長、投入高，企業承擔風險大

地球物理勘探產品化儀器從原理概念到產品落地通常經歷三個階段，即原理樣機—工程樣機—產品樣機。不同階段需要解決的問題不同，投入的時間、資金差異巨大[10]。

從含義上看，原理樣機是指技術理論研究成功、儀器設計思路基本成型，可通過現有硬件組裝再加工，或以委托開發方式實現實驗室可用的初步系統，并能與一些同類產品進行數據對比的儀器。該階段重在解決儀器指標精度問題。工程樣機是在原理樣機基礎上進一步對軟硬件進行完善，可滿足海拔、溫度、濕度等不同條件下現場施工需求，能夠達到多臺儀器一致性好、不同操作人員規范操作結果一致，符合項目施工效率要求，且使用的軟硬件均能實現批量化生產。該階段重在解決儀器穩定性和實用性等問題。產品樣機是在工程樣機的基礎上進一步完善輔助功能配置，儀器防護等級滿足地質行業基本要求，外觀設計美觀、儀器輕便，可視化等輔助功能滿足施工人員的使用習慣，具備一定自檢能力，并在重要可計量指標上獲得國家計量系統認證，具有完備的說明書和方法手冊，擁有長期穩定的售后服務團隊等。該階段重在解決儀器便捷性等人性化問題。

從投入時間上看，原理樣機主要解決科學問題，雖然待解決問題數量較少，但是需要長期的技術積累和持續攻關，因此花費時間最長。如加拿大GDD公司生產的激電儀，原理樣機研發花費超10 年，工程化和產品化樣機研發共花費近8 年；由何繼善院士領銜的中南大學等單位自主研發的廣域電磁儀，從前期電磁理論技術研究與積累到提出廣域電磁法理論至原理樣機研發成功花費20 余年，工程化和產品化樣機研發共花費約6 年時間。

從投入資金上看，工程樣機和產品樣機階段主要解決諸多實用化問題，雖然待解決問題不需要花費大量時間，但是通過一系列試驗，反復迭代樣機，往往資金投入是原理樣機的5～15 倍。如加拿大GDD公司激發極化法接收機（型號GRX2），原理樣機研發投入約20 萬加元，工程樣機和產品樣機投入約300萬加元，相差15 倍；廣域電磁儀原理樣機研發投入約600 萬元，工程樣機和產品樣機階段僅儀器完善材料費和野外試驗投入超過3 000 萬元，相差超5 倍以上。

目前我國對地球物理裝備研發階段的創新支持較為全面，而對工程化和產品化階段的資助較為有限（部分地區對儀器裝備的產業化補貼約占企業投入5%以內）。地球物理勘探裝備市場規模不大，可給企業回流的資金有限，企業需承擔巨大的產品化風險，一旦產品方向選擇失敗，將可能給企業帶來“滅頂之災”。

3.2 企業研究能力有限、行業地位不足，難以獲得國家科技類項目支持

相較于國外市場和企業主導地球物理儀器的創新，目前我國企業在地球物理裝備創新體系中的優勢和作用發揮不足。國家科技類項目主要是解決基礎前沿問題，追求指標的先進性，重在從樣機角度實現國產替代或國際領先，是否產業化并不是該類項目的重點[11]。因此，企業對市場需求的敏感和對儀器產業化的研發能力并不能成為其申報該類項目的優勢。加之，與高校科研院所相比，企業高層次人才有限、面向基礎問題的研究能力不足，在論文、專利、獎項等方面有明顯劣勢，缺乏在地球物理行業影響力等短板均制約了其獲得國家科技類項目的支持。目前除少數國有企業外，部分具有一定實力的民營企業僅少量承擔過國家科技類項目下設課題或專題，經費有限。

此外，國家科技類項目成果轉化率不高的現象值得深入思考，是否能夠說明企業在我國地球物理裝備科技創新體系中的優勢和作用尚未完全發揮出來值得研究。

3.3 國外儀器口碑好、市場占有率高，用戶對國產儀器信心不足

我國地球物理勘探裝備市場一直被國外儀器占據，尤其是商業化大型儀器幾乎全為國外引進。據不完全統計，我國在用地面數字相對重力儀、大型地面電磁勘探設備中，國外儀器市場占有率極高，航空地球物理勘查裝備（除航空磁測系統外）基本全為進口儀器。國外儀器發展時間長，部分儀器經過國內大量項目使用后，儀器精度、穩定性得到了普遍驗證，促使地勘單位和勘查企業等用戶更加認可國外儀器的品牌和質量，對于新推出的國外儀器也更容易接受。與之相比，國內地球物理裝備自主研發起步較晚、底蘊不足，前些年為拓展市場，企業大打價格戰，利潤不足導致國產儀器質量和穩定性較差，儀器返修率高，進而給用戶造成了國產儀器低價格、低質量的印象。即使近年來國內儀器在指標先進性和穩定性等方面實現了較大進步，部分儀器在硬件和軟件上都優于國外的情況下，用戶仍然對國產儀器信心不足，使用意愿不強。這也在一定程度上打擊了企業自主研發的決心，進而影響了我國地球物理裝備創新和國產替代。

3.4 國家行業規范制定和更新落后于科技創新，不利于新儀器大規模應用和迭代完善

目前我國地球物理勘探行業規范大部分以20世紀90 年代物探設備和野外工作流程為基礎制定，2015 年后陸續對一些規范進行了更新，但整體規范制定和更新周期過長，遠遠落后于地球物理儀器的創新速度。如1993 年頒布的《地面高精度磁測技術規程》和2010 年頒布的《航空磁測技術規范》至今還未完成更新，近年興起的無人機航磁新技術不在已有規范內，其工作流程和傳統方法截然不同，以原規范技術要求和指標難以考核執行；1997 年頒布的《地面瞬變電磁法技術規程》至2016 年更新為《地面磁性源瞬變電磁法技術規程》，只針對地面儀器，對于半航空瞬變電法方法（地面發射、空中接收）并不適用，該方法雖較好地提高了工作效率，但仍未大范圍推廣應用。

近年來，隨著無人機、人工智能、大數據等新技術的快速發展，地球物理勘探裝備結合這些新技術在工作效率和實用性等方面得到了較大的提升[12]，國家行業規范的落后確實會對新技術新裝備的應用和創新帶來一定的影響，行業規范是各類地質勘查項目和各單位地質找礦工作的依據，新技術新裝備未及時納入規范，相應預算標準無法合理制定，地勘單位等用戶缺乏大規模使用的依據和條件，這給新技術新裝備推廣應用造成了一定的障礙，從國際地球物理勘探裝備發展歷程來看，只有通過大量的應用實踐，才能發現問題進而實現儀器迭代完善，不斷適應工作的新需求。如加拿大Scintrex 公司CG-5 相對重力儀問世13 年已完成4 次迭代，完善了儀器操作系統，提升了數據采集、處理和傳輸能力，增加了多種自動化功能；美國Zonge 公司GDP 系列多功能電法儀20 余年僅大版本迭代已完成5 次，小功能升級更是有數十次，相繼將電子、計算機、信息通訊等新技術與儀器結合，現已擁有了從深部礦產勘查到淺部工程地質等多深度探測能力，是目前國內外主流的電法勘探儀器。

4 建 議

未來10～15 年，新一輪找礦突破戰略行動的深入實施不僅是礦產勘查裝備企業轉型發展的重要契機，也是推進我國地質科技創新的關鍵機遇期。為更好地服務新一輪找礦突破戰略行動，有效解決我國礦產勘查裝備創新難點和堵點，從充分發揮國家有關部門、高校科研院所和企業等各方力量的角度，提出幾點建議如下所述。

1）強化新技術新裝備工程化的公益性支持，充分發揮中國地質調查局的行業科技統籌引領作用。一是全面梳理國內礦產勘查新技術新裝備研發進展，設立用于新技術新裝備試驗、驗證、評估和技術優化的中央財政二級項目，統籌行業主要力量，協助企業等研發主體解決工程化問題，提高新技術新裝備的成熟度和實用性等。二是加強項目支持，引導中央財政地質找礦項目廣泛使用較成熟的國產新技術新裝備，總結應用示范效果，提出優化完善建議，擇優面向全國推廣。三是加強新技術新裝備標準化建設，全面跟蹤應用效果，快速及時建立新技術行業標準和規范，提高產品認可度，為全國礦產勘查各系統、各單位應用提供文件依據。

2）完善國家科技項目和人才評價標準，引導科技資源與產業深度結合。一是國家科技主管部門推進完善以技術指標先進性和論文、專利等為主體的績效考核標準，增加勘查技術成果和裝備工程化考核指標等，引導科技創新力量進一步向產業端靠攏。二是相關人才評定主管單位或部門進一步優化科技人才評價標準，注重對科技人才工程實踐、產業化應用、技術轉化等方面實踐經驗和應用能力的評價，除對科研項目級別、論文等級等學術成果的評價外，還應注重對技術創新成果或研制儀器解決地質找礦實際問題的評價，引導科技人才向應用端靠攏。

3）構建礦產勘查裝備科技成果轉化平臺，減少企業裝備研發周期和風險。政府有關業務主管部門牽頭，聯合有關產業部門、企事業等單位共同構建上下貫通的科技創新成果轉化平臺。一是承接科研成果。集聚國內地質礦產領域高校、科研機構、企業等各類資源，制定合理分配政策，積極推動如國家財政類科研項目等成果技術轉移，減少企業原理樣機研發周期，集中力量推動新型礦產勘查裝備的工程化和產業化。二是引進增量資金。引入風險投資、基金等金融機構，或制定政策鼓勵國有企事業單位利用自有資金投資礦產勘查裝備企業科技成果產業化，分擔企業在裝備工程化和產業化階段的資金壓力和風險，增強各方參與度和主人翁意識，更好地推進創新裝備落地應用。三是跟蹤轉化效果，掌握創新底數。建立成果轉化數據庫，持續跟蹤技術轉化各階段進度與市場化情況，了解應用效果和存在的問題，分析原因，及時反饋管理部門，動態調整科技創新和成果轉化政策等，實時全面掌握全國礦產勘查裝備創新和應用底數。

4）及時制定和更新標準規范，促進新技術的應用推廣和完善。各類標準（國家標準、行業標準、中國地質調查標準、地方標準、團體標準等）規范或技術要求制定部門應進一步重視標準對行業發展的影響，加強與科研單位、地球物理裝備企業的溝通和交流，及時了解科技創新的最新進展，針對新技術應用設立簡便高效的標準更新機制，明確更新頻率，在保證質量的前提下，盡可能縮短制定周期。中國地質調查局標準制定和審批相較于國家標準和行業標準程序略少，可先行先試，對具有一定應用和示范基礎的地球物理新技術新裝備及時更新入局標，配套納入預算標準體系，為行業和地方單位使用新技術新裝備提供必要的指導和依據。標準規范的及時更新需要政府、行業組織、科研院所和企業等各方共同努力推動，只有這樣才能跟得上市場變化和科技創新的步伐，才能使我國自主研發的裝備得到及時的應用推廣和完善，形成良性的科技創新內循環，最終大幅提升全行業的科技競爭力和現代化水平。