基于DEA 模型的能源矿产开发效率评价

金克谟，段 悦，葛建平，3

（1．中国地质科学院 人事处，北京 100037；2．中国地质大学（北京） 经济管理学院，北京 100083；3．中国地质大学（北京） 自然资源战略发展研究院，北京 100083）

一、引言

党的二十大报告提出要加强重点领域安全能力建设，确保粮食、能源资源、重要产业链供应链安全，将能源资源安全作为推进国家安全体系和能力现代化、维护国家安全和社会稳定的重要内容。我国是世界最大的一次能源生产国和消费国，增强能源自主供应保障能力是维护我国能源安全的战略方向。“十四五”以来，我国能源生产总量基本保持与消费同步上涨，2022 年我国能源的产量和消费量达到44．10亿吨和54．10亿吨标准煤左右，较上年增长1．81%和2．90%，能源自给率81．52%［1－2］。其中，能源供需结构以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，三者消费占一次能源消费总量的83．40%［3－4］。但从资源禀赋来看，我国能源矿产“富煤、贫油、少气”特征仍然显著。目前，我国石油和天然气对外依存度分别为73%和43%［5］，虽然开发潜力较大，但新增探明储量品位下降趋势明显，深层、超深层以及非常规油气储层勘探开发日趋复杂，增储上产难度大［6］。

为提高矿产资源保障能力，我国持续推进找矿突破战略行动，能源矿产开发力度加强。2011 年，国务院批准实施《找矿突破战略行动纲要（2011－2020）》。战略行动实施以来，形成了中央、地方、企业协调联动的找矿新机制，资金、理论、技术紧密结合，能源矿产勘查开发成果丰硕，煤炭、油气矿产十年新增资源量分别为5 268．00亿吨、101．00亿吨、6．85万亿立方米［7］。“十四五”时期，自然资源部组建新一轮找矿突破战略行动办公室，继续推动能源勘查开发。2021年底，以煤炭、石油、天然气为代表的能源矿产储量分别为2 078．85亿吨、36．89亿吨和6．34 万亿立方米，较上年同比增长28．10%、1．93%和1．16%［7］。2023年，国家能源局发布《关于印发加快油气勘探开发与新能源融合发展行动方案（2023－2025年）的通知》（国能发油气〔2023〕21号），同样强调在能源绿色低碳转型新时期，仍然要大力提升油气勘探开发力度，保障能源产供储销体系建设，同时提升能源矿产开发效率，探索与新能源产业融合发展新模式。找矿行动取得阶段性成就的同时，开发成本过高、开发主体资源转化整合能力有限等现实问题仍然制约着能源矿产资源保障能力提高。因此，有效评估能源矿产开发投入产出水平，分析其背后的经济原因，从而探寻能源矿产开发效率提升路径，对保障我国能源安全有重要意义。

目前，以单种矿产区域开发水平评价为主的矿产资源开发效率实证研究较多，能源矿产开发效率研究多以理论研究为主，探讨资源开发经济效益及生态补偿机制，针对能源矿产整体及分矿种开发效率的测度评价较少。在矿产资源区域开发水平评价方面，现有文献从经济效益、生产技术、生态环境、资源禀赋等多个角度综合构建指标体系，对不同矿区的各种矿产资源进行开发效率评价研究。李俊波等（2022）［8］从社会投入、劳动力投入以及资源消耗和经济效益产出构建四川省矿产资源开发评价指标体系，利用DEA－BCC模型和Malmquist指数模型从静态和动态两个角度对四川省各地市矿产资源开发效率进行了测度；袁名康等（2019）［9］以矿山为评价单元，从经济效益、环境保护和综合利用三个维度构建评价指标体系，同样采用DEA 模型，对攀西地区钒钛磁铁矿开发效率进行评价；李国平和宋文飞（2011）［10］按能源足迹划分了我国各省市矿产资源开采程度，进而考察生态足迹效率与各地资源禀赋的变动关系；Chen等（2022）［11］则基于改进的耦合协调度模型（CCDM）评价长江经济带矿产资源开发与经济、环境协调匹配程度，并估计其动态演变趋势。另外，也有许多研究结合我国能源矿产发展现状和社会经济发展的各个阶段对能源矿产需求的不同特点，对能源矿产开发效率做出理论评价。比如，魏晓平等（2013）［12］运用逆向思维寻求能源矿产供给的影响因素及相应指标，结合相关性分析及协整检验讨论了我国能源矿产现实开采行为与最优路径存在背离的可能原因；樊大磊等（2021）［13］立足碳达峰、碳中和目标梳理我国能源矿产开发利用现状，并提出能源矿产未来发展的政策建议；谢和平等（2021）［14］同样基于我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际，通过比较美国碳中和目标实现进程，科学研判碳中和目标下我国能源矿产开发利用趋势；王承武和蒲春玲（2011）［15］结合现行资源开发体制和财政税费制度，应用制度经济学对新疆能源矿产资源开发中利益受损的原因进行了剖析。综合来看，通过构建指标评价体系和计算可决系数对矿产资源开发效率进行评价的方法已经较为成熟，但因矿种和评价区域差异，尚未形成一套针对能源矿产开发效率整体评价的体系方法。目前关于能源矿产开发方面的研究主要是在能源开发利用水平以及能源矿产资源开发与经济社会发展现实之间的关系上，且现有研究多以单矿种、区域性评价为主，较少有能源矿产开发效率的整体性评价测度。

因此，本文在已有研究基础上，构建以地质勘查投入资金为投入指标，新增查明能源矿产资源储量为产出指标的DEA－BCC 模型，分年度评价我国能源矿产开发效率。本文研究样本覆盖范围为2006－2019年，系统分析了“十二五”以来能源矿产开发管理机制的有效性、投入结构的均衡性以及投入规模的合理性，为“十四五”时期提高能源矿产开发管理水平提供参考。

二、数据来源和研究方法

（一）数据来源

本研究所用数据为2006－2019年全国能源矿产地质勘查投入资金量和新增查明能源矿产资源储量。地质勘查投入数据来源于《中国国土资源年鉴》，其中2018－2019年数据来源于《中国矿产资源报告》，具体计算是通过GDP 指数去除了价格通胀因素的影响。新增查明矿产资源储量数据来源于《中国矿产资源报告》。

（二）模型选取——DEA－BCC模型

矿产资源开发往往涉及社会经济发展各方面的大量异质指标，而数据包络分析（Data Envelopment Analysis，DEA）在多指标量纲不统一时相比其他方法具有明显优势。DEA 方法的理论部分最早是由Farrell（1957）［16］提出的，其基本原理是利用运筹学中线性规划的方法来计算效率前沿，利用投入产出相对效率比较分析各决策单元，是一种非参数效率测度方法［17］。DEA 不预设具体函数形式和允许多种投入产出的特点可以有效克服矿产资源开发效率评价中所面临的权重不定和量纲不统一问题［18－19］。

DEA 一般将最优投入与产出划定为生产前沿，通过选取决策单元的多项投入和产出数据构建数据包络曲线。DEA 模型计算结果将位于前沿面上的效率值标定为1，并记为有效点；而位于前沿面外的为无效点，其效率值指标大于0但小于1。DEA 基础模型包括假定规模效益不变的CCR 模型和假定规模效益可变BCC 模型。CCR 模型由Charnes等人于1978年提出［20］；随后Banker等人考虑到规模报酬可变的实际情况，剔除了技术效率中规模效应的影响，于1984年提出了BCC模型［21］。

能源矿产开发是一个错综复杂的系统，它既涉及资金和人员投入、经济效益和技术发展状况等社会经济环境要素，又有一定的资源消耗以及环境损害，与自然生态环境息息相关。因此，其开发效率的评价指标体系较为庞杂。本文在考虑指标数据之间的信息冗余、多重共线性以及数据包络分析方法对数据要求的同时，结合我国能源矿产发展各阶段的社会经济背景，综合考量了数据的一致性、准确性、完整性、有效性，选择从地质勘查资金投入和新增能源矿产储量产出维度构建研究的基本模型，对能源矿产开发效率进行整体测度。研究采用DEABCC模型，根据不同年份的能源矿产开发投入产出数据进行DEA 分析，并对其背后的经济意义进行解释，进而达到对各年相对效率的评价，具体模型如式（1）：

其中：θ为决策单元的效率值；j＝1，2，…；n表示决策单元；Xj、Yj分别是投入、产出向量；λj代表权重系数；S－和S＋分别为剩余变量和松弛变量，分别反映决策单元的产出不足量和投入冗余量。0≤θ≤1，当θ＝1时表示该被考察单元有效，位于效率前沿面上；当θ＜1时表示该被考察单元无效，位于效率前沿面外。

（三）投入产出变量选取

能源矿产开发以勘查为前提要件，通过探查矿产资源数量、质量和用途等信息提高资源储量的可靠程度，进而确定采选方式。勘查投入用于采集地质构造、矿体形态、矿石品位、矿床规模、工程地质条件等信息和物质成果，是探查资源储量的重要驱动力［22］。勘查投入的规模、资金结构和利用方式都会引起新增资源量变化，进而影响资源储量可靠程度，是能源矿产开发效率评价的重要指标［23］。因此，本文以地质勘查投入和新增查明资源储量分别为投入、产出指标，对能源矿产开发效率进行评价，数据特征描述如表1。

表1 能源矿产开发投入产出指标的特征描述

地质勘查总投入包括政府财政拨款（中央财政投入和地方财政投入）及社会投入，反映了各年度矿产资源开发的资金投入水平。随着生态文明建设深入推进和战略新兴产业发展，新旧动能转换加快，能源矿产消费增速放缓。一方面，地质勘查作为一种市场行为，资金投入水平受宏观经济影响，旧动能的消退带来能源矿产勘查市场的冷淡，而勘查投入随之下降则使得能源矿产开发过去依靠数量、规模快速扩张的发展模式难以为继；另一方面，地质勘查作为能源矿产开发的基础性和前瞻性工作，应当保持投入规模相对稳定或者根据找矿难度合理调整［24］。总体来说，从投入规模、资金结构和利用方式等维度综合评估地质勘查投入的有效性，对于探索能源矿产开发效率提升路径，保障我国能源安全，实现能源、经济协调发展有重要意义。关于分矿种指标选取，煤炭属于固体矿产，其分矿种勘查投入数据可查；我国油气资源勘查开发管理体制与其他矿种不同，其勘查投入与固体矿产有所区分。因此，本文在地质勘查总投入分析基础上，将煤炭勘查投入、油气勘查投入分别选作能源矿产开发投入指标，并结合对应产出情况进行比较分析。

新增查明能源矿产储量是我国能源资源可持续供给能力的直观体现，反映能源矿产开发的产出水平。从国际能源形势来看，全球能源贸易和供需格局流变下，推动能源矿产增储上产是保障国家能源安全的战略选择。全球气候变化、乌克兰危机以及地缘政治博弈交织，打破了能源领域长期以来固有的供需格局、贸易流向，国际油气市场剧烈动荡带来能源价格的大幅波动，世界能源格局深刻调整下，能源矿产国内稳定供给愈加成为提高我国能源供给保障能力的关键环节［25］。从国内能源需求来看，“双碳”目标下，可再生能源对石油和天然气的替代趋势愈加明显，但是工业化中后期我国城镇化进程加快，能源矿产需求仍然旺盛。尤其天然气作为一种清洁高效的化石能源，是能源绿色低碳转型过程中的过渡桥梁和低碳经济的重要支柱。从资源条件来看，未来我国能源矿产增储上产仍具较大潜力，充分评价能源矿产开发的产出水平对于缓解经济社会发展过程中能源矿产供需矛盾、提高能源资源可持续供给能力意义重大。本文将煤炭、石油、天然气新增查明资源储量加总，作为能源矿产开发效率整体评价的产出指标；同时，分别以煤炭、油气的新增查明资源储量为产出指标，综合比较不同能源矿产的开发效率。

三、能源矿产开发效率评价结果分析

本文使用DEAP2．1软件，采用DEA－BCC 模型分析我国能源矿产2006－2019年期间的开发效率，并以煤炭和油气为例综合比较不同能源矿产的开发效率。

（一）能源矿产开发效率整体评价

以地质勘查总投入为投入指标，新增查明能源矿产资源储量（煤炭、石油和天然气）为产出指标构建DEA－BCC 模型，分年度评价我国能源矿产整体开发效率。

我国能源矿产开发效率先降后升，新时期以来找矿突破成果显著（见图1）。2006－2019年，我国能源矿产开发综合效率均值为0．648，技术效率均值为0．803，规模效率均值为0．799，78．57%的年份3项效率值高于均值；其中，2018年3项效率值均为1，达到整体有效（见表2）。2006－2013年，能源矿产勘查长期投入不足，找矿技术缺乏重大突破，规模效率和技术效率均有所下降，综合效率下降态势明显。2011年12月，原国土资源部联合发展改革委、科技部和财政部下发《找矿突破战略行动纲要（2011－2020年）》及《找矿突破战略行动实施方案（2011－2020年）》，重新布局国家资源产业，能源矿产勘探投入加大、技术升级。2013－2019年，固体矿产勘查区“三位一体”找矿预测理论与深部找矿预测技术取得进展的同时，矿业权出让制度改革、权益金制度改革持续推进，每年新增查明能源矿产资源储量由5 564．86亿吨增加至11 024．86亿吨，综合效率值也由0．293升至0．792。另外，从DEA 无效年份的规模报酬来看，主要呈现为递增状态，因此导致我国大部分年份能源矿产开发规模效率无效的主要原因是开发规模较小，应考虑在原有资源配置下加大投入扩大勘查规模，提高规模效率。不过，2019年，我国能源矿产地质勘查总投入较上年增长20．11%，但新增查明矿产资源储量下降了4．08%，综合效率仍未达到前沿面，能源矿产开发仍然面临深部矿床和潜伏矿床勘查难度增大、卫星遥感等地质勘查新技术应用不足、地勘行业人才流失等挑战［26］，这些现实问题也可能导致能源矿产开发效率水平降低。

图1 2006－2019年我国能源矿产开发效率变化趋势

表2 2006－2019年我国能源矿产开发效率值

（二）不同能源矿产开发效率综合评价

本文以煤炭、油气勘查总投入为投入指标，新增煤炭、油气查明能源矿产资源储量为产出指标分别构建煤炭、油气资源DEA－BCC 模型，综合比较不同能源矿产的开发效率，探究矿产开发效率变化的具体原因。

2006－2019年，我国煤炭和油气资源开发综合效率均有提升，油气资源开发效率水平相对更高（见表3）。2006－2015年，煤炭资源开发规模效率值高于0．50，受技术效率走低影响，综合效率值持续小于0．50，规模报酬由递减向递增过渡转变。2006年，原国土资源部发布《关于进一步加强煤炭资源勘查开采管理的通知》（国土资发〔2006〕13号），提出严格实行煤炭资源探矿权、采矿权有偿取得制度。2007年以来，我国通过深化煤炭资源有偿使用制度改革，利用经济手段对“圈而不探”等行为进行约束，但是仍然存在现行体制下矿业权有偿使用不到位、市场竞争不充分等问题［27］。因此，煤炭资源开发综合效率呈缓慢上升趋势，但难以达到效率的前沿面（见图2）。“十三五”期间，矿业权竞争性出让全面推进，煤炭资源开发的技术效率值显著提高，2016－2019年涨幅39．86%；受限于煤炭矿产勘查投入资金量回升缓慢，煤炭资源开发的规模效率值达峰后再次呈微弱下降趋势。2017年，煤炭勘查投入结构调整成效显现，煤炭资源开发的规模报酬达到最优，技术效率强有效，煤炭资源开发的投入产出效率达到DEA 有效。另外，2006－2019年，煤炭资源技术效率平均增长率为19．85%，规模效率平均增长率为5．48%，表明技术效率对综合效率进步的贡献率更大。2005年，国务院颁布《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》（国发〔2005〕18 号），推动资源整合和矿业权制度改革，资源开发秩序逐步规范。2014年国家发展改革委印发《关于深入推进煤炭交易市场体系建设的指导意见》（发改运行〔2014〕967号），进一步激发煤炭资源开发的市场活力。管理体制科学化改革，与勘查技术的信息化、数字化、智能化发展共同拉升了煤炭资源开发的技术效率；而煤的形成周期较为漫长，导致其基础储量有限，目前我国煤炭资源勘查也转入深水期，因此勘查投入规模变动带来的效率增长十分有限。

图2 2006－2019年我国煤炭资源开发效率变化趋势

表3 2006－2019年我国煤炭、油气资源开发效率值

比较来看，油气资源开发综合效率、技术效率和规模效率的均值都在0．70以上，投资效率整体高于煤炭资源（见表3）。其中，2012年和2016年技术效率有效，而规模效率无效，说明在当年技术水平下，受经济发展速度换挡、国际原油价格大幅下跌等社会经济因素影响，勘查投入的规模调整滞后性显现，综合效率水平增长受限。新时期以来，油气探采一体化、探矿权竞争出让等改革措施的落地不断抬升勘查开采管理制度水平，技术效率呈上升趋势（见图3）。2018年，国际油价、国内勘查开采投入回升，新增探明储量较上年增长49．45%，规模报酬不变，综合效率达到强有效。2019年，油气开发综合效率值下降至0．764，勘查区块退出与投放不协调、勘探开发力度加大与地海生态环境保护不平衡、勘探开发成本高风险大等政策困境可能成为“十四五”油气勘查增储效率提高的限制因素［28］。从技术效率和规模效率平均增长率对综合效率的贡献来看，2006－2019年，油气资源开发技术效率的平均增长率为0．46%，而规模效率平均增长率为5．34%，说明规模效率在油气资源开发综合效率提升中有更大的贡献。随着中国加入WTO，民营、外资等各类企业积极进入石油、天然气行业，行业开放和市场化改革推动油气行业“产供储销”体系不断完善。油气勘查总投入总体呈现上升趋势，2006－2019 年，油气勘查投入平均增长率4．38%。2017年，中共中央、国务院印发了《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》（中发〔2017〕15 号），提出通过完善油气进出口管理体制、改革油气产品定价机制、深化下游竞争性环节改革等不断提高资源配置效率。国内油气体制机制改革深化的同时，国际油气合作也持续强化，油气勘探开发力度不断加大，规模效率对油气资源开发的综合效率贡献显著。不过，国内油气勘查投入配置市场作用更加凸显的同时，“全国一张网”体制机制的不完善也将制约提高资源配置灵活性，导致油气资源开发技术效率对综合效率的贡献度比之规模效率偏低。

图3 2006－2019年我国油气资源开发效率变化趋势

构建现代能源体系，提升能源矿产保障供应能力，离不开现代化的能源矿产开发。现阶段，能源矿产整体开发综合效率与分矿种开发综合效率均在达到前沿面后呈现略微下降趋势，资源要素配置不合理、资金投入规模或大或小，均可能导致综合效率下降，使整体开发效率未能达到最佳水平。因此我国应立足社会经济发展状况，根据资源禀赋特征和管理体制沿革路径，认识到能源矿产资开发效率提高受限的原因以及效率提升的主要动力，有针对性地采取措施提升能源矿产开发效率。

四、结论和政策建议

（一）研究结论

本文基于2006－2019年能源矿产勘查投入和新增储量数据，运用DEA－BCC模型评价测度能源矿产整体及分矿种开发效率，主要研究结论如下：

第一，能源矿产整体开发效率有待进一步提升。我国能源矿产开发起步较晚，管理体制机制完善经历了长期摸索，对其效率提升有一定制约。“十二五”以来，伴随经济社会向高质量发展过渡转型，我国能源矿产开发综合效率以2013年为转折点由波动下降变为稳步增长。“十三五”时期，油气体制改革、能源绿色低碳转型体制机制完善等管理新举措使得能源矿产开发技术效率显著提高，但是仅2018年开发综合效率达到前沿面，规模效率和技术效率均有降低趋势，未来仍需谨慎防范能源安全保障风险。

第二，勘查投入结构调整，不同矿种能源矿产开发水平出现一定分化。煤炭和油气的综合开发效率存在一定差距，油气资源的综合开发效率总体上高于煤炭资源。不过，近年来煤炭资源开发的综合效率、技术效率和规模效率水平均快速提升，而油气资源开发的综合效率水平也基本稳定在高位，二者之间的差距在逐年缩小。说明能源矿产开发的结构性问题在一定程度上得到了改善，各种能源开发趋向按效能、按比例协调发展。

第三，勘查投入由持续增长转变为下行趋稳，规模效率偏低限制了能源矿产开发综合效率水平提升。除煤炭外，能源矿产整体及油气资源开发的规模效率均值低于技术效率，且多数年份未达到有效值。2016年以来，能源矿产勘查投入下滑至稳定区间，规模效率值也开始在高位徘徊，但是规模效率增长仍然低于技术效率的增长。这说明能源矿产开发投入规模虽然已经结合政策及市场需求作出调整，但是勘查投入资金不足在一定程度上限制了能源矿产新区新领域的开拓，增储上产压力仍存。

（二）政策建议

基于上述实证分析，结合能源矿产开发现状，本文提出政策建议如下：

第一，统筹资源禀赋与开发强度，优化区域开发布局。当前，我国矿产勘查已从浅部转向深部，从高品位露头矿床转向深部矿床和潜伏矿产，找矿难度增大，更需要按照资源禀赋、市场区位、环境容量等因素优化能源矿产探矿权与采矿权设置布局，加大基础性与储备性勘查协同工作力度。另外，加快建立能源矿产已设采矿权深部和周边勘查机制，重视煤炭、油气伴生资源的勘查与评价，鼓励“就矿找矿”，提高能源矿产开发产出水平。

第二，调整和优化投入结构，提高地质勘查投入使用效益。加强对能源矿产勘查及勘探技术研究的支持，合理安排煤炭、油气及非能源矿产勘探投入比例，加大对化石燃料为基础的能源矿产稳定投入力度，逐步提高能源矿产勘查投入水平。建立和完善适应现代能源体系发展规律和能源矿产保障供应需求的地质勘查投入管理制度，加强对矿产资源勘查的管理，保证勘查投入使用的规范性、安全性和有效性。

第三，建立多元化、多渠道的能源矿产开发投入体系。发挥中央和地方财政示范引领作用，拓展多元投资，在增加政府投资的同时，鼓励多元市场主体共同参与找矿投入，提升能源矿产开发规模效率。比如，完善鼓励矿产勘查开采的政策措施，引导企业以产融结合模式参与能源矿产项目开发，激发市场活力，从而有机衔接公益性地质工作与商业性矿产勘查，增加商业性矿产勘查和开发的经济体量。