民营企业参与我国地球物理勘探装备创新的难点与建议

马一行，颜廷杰，田宏钰，闫 浩，陆占国，张 斌

（1.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037；2.自然资源部矿产勘查技术指导中心，北京 100037；3.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心，北京 100055；4.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；5.黑龙江省地球物理勘察院，黑龙江 哈尔滨 150036；6.北京桔灯地球物理勘探股份有限公司，北京 102200；7.湖南继善高科技有限公司，湖南 长沙 410208）

0 引言

地球物理勘探装备是矿产勘查装备的重要组成部分之一，是开展地质找矿、深部探测等工作必须应用的科技载体。目前我国自主研发的地球物理探测装备，除航空磁测系统等少数仪器外，多数常用国产装备在主要技术指标、稳定性、易用性等方面与国外先进仪器仍有一定差距[1-3]，国内在用商业化大型地球物理仪器以国外引进为主，国产仪器使用率较低。在此情况下，近年来不仅我国有关高校、科研院所等国有企事业单位不断加强科技攻关，以北京桔灯地球物理勘探股份有限公司（以下简称“桔灯勘探”）和湖南继善高科技有限公司（以下简称“继善高科”）等为代表的民营地球物理装备企业也在积极开展自主研发，并实现了部分仪器的国产替代或国际领先。民营企业作为我国科技创新的主要力量之一，其既有对市场需求敏感、自身机制灵活等优点，同时也面临着许多创新与生存发展的困难。通过调研分析主要民营地球物理装备企业的成长背景、现状、面临困难，研究提出有关建议，以期能够促进我国民营地球物理装备企业创新发展，提升国产化仪器性能和实用性，更好地支撑和服务新一轮找矿突破战略行动。

1 民营企业成长背景

1.1 国内快速发展的地质勘查事业提供了良好机遇

以桔灯勘探为例，该公司成立于2004 年。当时，在新一轮国土资源大调查、全国危机矿山接替资源找矿等国家重大专项的推动下，我国地质勘查事业得到快速发展。2006 年《国务院关于加强地质工作的决定》的颁布实施，更是将地质勘查事业发展推向了新的高潮[4-6]。2004—2010 年，我国地质勘查总投入从313 亿元增加到1 023 亿元，年均增长超过20%，其中，“十一五”期间（2006—2010 年）我国地质勘查总投入达3 708 亿元，是“十五”期间（2001—2005 年）的2.7 倍[7]。强大的投入创造出对地球物理勘探装备的旺盛需求，为民营企业前期立足和发展提供了重要条件。

1.2 国际形势和国内市场的改变催生自主创新动力

近年来，国际科技竞争加剧，国外部分先进地球物理勘探装备和高精密传感器等核心部件被封锁无法引入国内。由于前期市场的大量需求，国内陆续成立了多家以代理国外仪器为主业的地球物理勘探装备公司，内部竞争激烈。加之受经济增速放缓影响，矿产勘查投入进入下行周期，市场需求减少，单纯依靠代理销售的模式已无法使民营企业长期生存下去[8]。此外，在勘查技术原理没有巨大突破的情况下，设备指标先进性或不是市场追求的唯一因素，需求更多集中在设备稳定性、便捷性、轻量化等方面。而国外企业在这一方面对设备的升级和完善周期较长，无法满足国内市场的迫切需求。国内外形势和市场需求的变化，推动企业走向自主创新之路。

1.3 小众行业没有来自大型企业的压力

地球物理勘探装备是仪器仪表和矿产勘查领域中很小众的行业，目前国内也只有年均5 亿元的销售额。加之，国外仪器在国内市场占有率较高，国产仪器商业空间不大，难以吸引国内大型装备制造企业涉足该领域[9]。为数不多的国有地球物理勘探装备企业或因天生缺乏创新动力，生产的设备市场认可度并不高，而相关高校和科研院所虽然科研能力强，但不具备仪器商业化的有效机制和生产能力。诸多因素为民营企业创造了相对宽松的自主创新环境。

2 民营企业参与地球物理勘探装备创新现状

据不完全统计，近20 年来国内先后注册了200余家民营地球物理勘探装备企业，其中约80 余家企业因难以适应市场形势变化、产品缺乏竞争力、自身营业不善等原因被淘汰。目前还在经营的民营企业约100 余家，主要为仪器代理企业（占比25%）、仪器代理和研发企业（30%）、信息服务与软件企业（45%），多数是为工程和地震监测领域服务，研发以地球物理相关数据处理软件为主，对整机进行自主研发且专注于为地质找矿服务的企业数量大约不足1/3，其中最具代表性的企业有桔灯勘探和继善高科。此外，武汉地大华睿地学技术有限公司、武汉捷探科技有限公司、湖南奥成科技有限公司、珠海市泰德企业有限公司、北京港震科技股份有限公司、浙江大年科技有限公司等企业在电磁仪、地震仪和无人机航空物探等领域具有较强研发能力。

这些民营企业参与装备创新的方式主要有三种，一是自主研发，组建自己的研发团队，引进专业技术人才，投入资金和人力资源针对具有较大市场潜力的地球物理装备进行研发；二是技术引进与合作，通过长期代理仪器的优势，引进国外先进技术，联合国内高校、科研院所等单位与相关国外仪器厂商合作，共同研发符合国内需求的设备；三是技术转移与转化，企业以购买或合作等方式承接高校、科研院所技术样机成果，后续根据市场需求进行产品化研发，进而实现装备创新。

目前部分民营地球物理勘探装备企业对创新的投入积极性比较高，企业大多以自有资金或融资等方式投入，少量企业可以与牵头科研单位一起申报国家科技类项目和地方科技类项目，获得财政经费的支持。企业投入规模一般在每年几百万元到上千万元不等，产品不同场景的试验、试错、软硬件的优化等是资金使用的主要方面。整体来看，我国民营企业在地球物理勘探装备创新方面已初具规模，但与国外知名仪器公司相比尚有不小差距，其发展仍然面临着诸多困难。

3 民营企业创新发展面临的困难

3.1 自主装备从研发到产品化周期长、投入高，企业承担风险大

地球物理勘探产品化仪器从原理概念到产品落地通常经历三个阶段，即原理样机—工程样机—产品样机。不同阶段需要解决的问题不同，投入的时间、资金差异巨大[10]。

从含义上看，原理样机是指技术理论研究成功、仪器设计思路基本成型，可通过现有硬件组装再加工，或以委托开发方式实现实验室可用的初步系统，并能与一些同类产品进行数据对比的仪器。该阶段重在解决仪器指标精度问题。工程样机是在原理样机基础上进一步对软硬件进行完善，可满足海拔、温度、湿度等不同条件下现场施工需求，能够达到多台仪器一致性好、不同操作人员规范操作结果一致，符合项目施工效率要求，且使用的软硬件均能实现批量化生产。该阶段重在解决仪器稳定性和实用性等问题。产品样机是在工程样机的基础上进一步完善辅助功能配置，仪器防护等级满足地质行业基本要求，外观设计美观、仪器轻便，可视化等辅助功能满足施工人员的使用习惯，具备一定自检能力，并在重要可计量指标上获得国家计量系统认证，具有完备的说明书和方法手册，拥有长期稳定的售后服务团队等。该阶段重在解决仪器便捷性等人性化问题。

从投入时间上看，原理样机主要解决科学问题，虽然待解决问题数量较少，但是需要长期的技术积累和持续攻关，因此花费时间最长。如加拿大GDD公司生产的激电仪，原理样机研发花费超10 年，工程化和产品化样机研发共花费近8 年；由何继善院士领衔的中南大学等单位自主研发的广域电磁仪，从前期电磁理论技术研究与积累到提出广域电磁法理论至原理样机研发成功花费20 余年，工程化和产品化样机研发共花费约6 年时间。

从投入资金上看，工程样机和产品样机阶段主要解决诸多实用化问题，虽然待解决问题不需要花费大量时间，但是通过一系列试验，反复迭代样机，往往资金投入是原理样机的5～15 倍。如加拿大GDD公司激发极化法接收机（型号GRX2），原理样机研发投入约20 万加元，工程样机和产品样机投入约300万加元，相差15 倍；广域电磁仪原理样机研发投入约600 万元，工程样机和产品样机阶段仅仪器完善材料费和野外试验投入超过3 000 万元，相差超5 倍以上。

目前我国对地球物理装备研发阶段的创新支持较为全面，而对工程化和产品化阶段的资助较为有限（部分地区对仪器装备的产业化补贴约占企业投入5%以内）。地球物理勘探装备市场规模不大，可给企业回流的资金有限，企业需承担巨大的产品化风险，一旦产品方向选择失败，将可能给企业带来“灭顶之灾”。

3.2 企业研究能力有限、行业地位不足，难以获得国家科技类项目支持

相较于国外市场和企业主导地球物理仪器的创新，目前我国企业在地球物理装备创新体系中的优势和作用发挥不足。国家科技类项目主要是解决基础前沿问题，追求指标的先进性，重在从样机角度实现国产替代或国际领先，是否产业化并不是该类项目的重点[11]。因此，企业对市场需求的敏感和对仪器产业化的研发能力并不能成为其申报该类项目的优势。加之，与高校科研院所相比，企业高层次人才有限、面向基础问题的研究能力不足，在论文、专利、奖项等方面有明显劣势，缺乏在地球物理行业影响力等短板均制约了其获得国家科技类项目的支持。目前除少数国有企业外，部分具有一定实力的民营企业仅少量承担过国家科技类项目下设课题或专题，经费有限。

此外，国家科技类项目成果转化率不高的现象值得深入思考，是否能够说明企业在我国地球物理装备科技创新体系中的优势和作用尚未完全发挥出来值得研究。

3.3 国外仪器口碑好、市场占有率高，用户对国产仪器信心不足

我国地球物理勘探装备市场一直被国外仪器占据，尤其是商业化大型仪器几乎全为国外引进。据不完全统计，我国在用地面数字相对重力仪、大型地面电磁勘探设备中，国外仪器市场占有率极高，航空地球物理勘查装备（除航空磁测系统外）基本全为进口仪器。国外仪器发展时间长，部分仪器经过国内大量项目使用后，仪器精度、稳定性得到了普遍验证，促使地勘单位和勘查企业等用户更加认可国外仪器的品牌和质量，对于新推出的国外仪器也更容易接受。与之相比，国内地球物理装备自主研发起步较晚、底蕴不足，前些年为拓展市场，企业大打价格战，利润不足导致国产仪器质量和稳定性较差，仪器返修率高，进而给用户造成了国产仪器低价格、低质量的印象。即使近年来国内仪器在指标先进性和稳定性等方面实现了较大进步，部分仪器在硬件和软件上都优于国外的情况下，用户仍然对国产仪器信心不足，使用意愿不强。这也在一定程度上打击了企业自主研发的决心，进而影响了我国地球物理装备创新和国产替代。

3.4 国家行业规范制定和更新落后于科技创新，不利于新仪器大规模应用和迭代完善

目前我国地球物理勘探行业规范大部分以20世纪90 年代物探设备和野外工作流程为基础制定，2015 年后陆续对一些规范进行了更新，但整体规范制定和更新周期过长，远远落后于地球物理仪器的创新速度。如1993 年颁布的《地面高精度磁测技术规程》和2010 年颁布的《航空磁测技术规范》至今还未完成更新，近年兴起的无人机航磁新技术不在已有规范内，其工作流程和传统方法截然不同，以原规范技术要求和指标难以考核执行；1997 年颁布的《地面瞬变电磁法技术规程》至2016 年更新为《地面磁性源瞬变电磁法技术规程》，只针对地面仪器，对于半航空瞬变电法方法（地面发射、空中接收）并不适用，该方法虽较好地提高了工作效率，但仍未大范围推广应用。

近年来，随着无人机、人工智能、大数据等新技术的快速发展，地球物理勘探装备结合这些新技术在工作效率和实用性等方面得到了较大的提升[12]，国家行业规范的落后确实会对新技术新装备的应用和创新带来一定的影响，行业规范是各类地质勘查项目和各单位地质找矿工作的依据，新技术新装备未及时纳入规范，相应预算标准无法合理制定，地勘单位等用户缺乏大规模使用的依据和条件，这给新技术新装备推广应用造成了一定的障碍，从国际地球物理勘探装备发展历程来看，只有通过大量的应用实践，才能发现问题进而实现仪器迭代完善，不断适应工作的新需求。如加拿大Scintrex 公司CG-5 相对重力仪问世13 年已完成4 次迭代，完善了仪器操作系统，提升了数据采集、处理和传输能力，增加了多种自动化功能；美国Zonge 公司GDP 系列多功能电法仪20 余年仅大版本迭代已完成5 次，小功能升级更是有数十次，相继将电子、计算机、信息通讯等新技术与仪器结合，现已拥有了从深部矿产勘查到浅部工程地质等多深度探测能力，是目前国内外主流的电法勘探仪器。

4 建 议

未来10～15 年，新一轮找矿突破战略行动的深入实施不仅是矿产勘查装备企业转型发展的重要契机，也是推进我国地质科技创新的关键机遇期。为更好地服务新一轮找矿突破战略行动，有效解决我国矿产勘查装备创新难点和堵点，从充分发挥国家有关部门、高校科研院所和企业等各方力量的角度，提出几点建议如下所述。

1）强化新技术新装备工程化的公益性支持，充分发挥中国地质调查局的行业科技统筹引领作用。一是全面梳理国内矿产勘查新技术新装备研发进展，设立用于新技术新装备试验、验证、评估和技术优化的中央财政二级项目，统筹行业主要力量，协助企业等研发主体解决工程化问题，提高新技术新装备的成熟度和实用性等。二是加强项目支持，引导中央财政地质找矿项目广泛使用较成熟的国产新技术新装备，总结应用示范效果，提出优化完善建议，择优面向全国推广。三是加强新技术新装备标准化建设，全面跟踪应用效果，快速及时建立新技术行业标准和规范，提高产品认可度，为全国矿产勘查各系统、各单位应用提供文件依据。

2）完善国家科技项目和人才评价标准，引导科技资源与产业深度结合。一是国家科技主管部门推进完善以技术指标先进性和论文、专利等为主体的绩效考核标准，增加勘查技术成果和装备工程化考核指标等，引导科技创新力量进一步向产业端靠拢。二是相关人才评定主管单位或部门进一步优化科技人才评价标准，注重对科技人才工程实践、产业化应用、技术转化等方面实践经验和应用能力的评价，除对科研项目级别、论文等级等学术成果的评价外，还应注重对技术创新成果或研制仪器解决地质找矿实际问题的评价，引导科技人才向应用端靠拢。

3）构建矿产勘查装备科技成果转化平台，减少企业装备研发周期和风险。政府有关业务主管部门牵头，联合有关产业部门、企事业等单位共同构建上下贯通的科技创新成果转化平台。一是承接科研成果。集聚国内地质矿产领域高校、科研机构、企业等各类资源，制定合理分配政策，积极推动如国家财政类科研项目等成果技术转移，减少企业原理样机研发周期，集中力量推动新型矿产勘查装备的工程化和产业化。二是引进增量资金。引入风险投资、基金等金融机构，或制定政策鼓励国有企事业单位利用自有资金投资矿产勘查装备企业科技成果产业化，分担企业在装备工程化和产业化阶段的资金压力和风险，增强各方参与度和主人翁意识，更好地推进创新装备落地应用。三是跟踪转化效果，掌握创新底数。建立成果转化数据库，持续跟踪技术转化各阶段进度与市场化情况，了解应用效果和存在的问题，分析原因，及时反馈管理部门，动态调整科技创新和成果转化政策等，实时全面掌握全国矿产勘查装备创新和应用底数。

4）及时制定和更新标准规范，促进新技术的应用推广和完善。各类标准（国家标准、行业标准、中国地质调查标准、地方标准、团体标准等）规范或技术要求制定部门应进一步重视标准对行业发展的影响，加强与科研单位、地球物理装备企业的沟通和交流，及时了解科技创新的最新进展，针对新技术应用设立简便高效的标准更新机制，明确更新频率，在保证质量的前提下，尽可能缩短制定周期。中国地质调查局标准制定和审批相较于国家标准和行业标准程序略少，可先行先试，对具有一定应用和示范基础的地球物理新技术新装备及时更新入局标，配套纳入预算标准体系，为行业和地方单位使用新技术新装备提供必要的指导和依据。标准规范的及时更新需要政府、行业组织、科研院所和企业等各方共同努力推动，只有这样才能跟得上市场变化和科技创新的步伐，才能使我国自主研发的装备得到及时的应用推广和完善，形成良性的科技创新内循环，最终大幅提升全行业的科技竞争力和现代化水平。