海洋不可再生資源可持續開發的系統動力學機制研究
——以海洋石油資源為例

于謹凱，林逢珠

（中國海洋大學經濟學院，山東 青島 266100）

海洋不可再生資源可持續開發的系統動力學機制研究
——以海洋石油資源為例

于謹凱，林逢珠

（中國海洋大學經濟學院，山東 青島 266100）

本文運用系統動力學理論和方法，分析海洋不可再生資源開發中內在的信息反饋結構與機制。以海洋石油資源為例，建立了海洋石油開發的系統動力學模型。以近幾年中國海洋石油公司對海洋石油的勘探開發數據為基礎進行分析，模型模擬所得開發數據與海洋石油開發的歷史擬合較好，模擬的誤差在20%-30%之間，誤差較小。研究表明投資是影響新增凈探明石油可采儲量、儲采平衡率和銷售收入這三個指標可持續發展的主要因素，提出增大總投資、保持適當的勘探開發投資比例、努力提高技術等對策建議。

海洋石油開發；系統動力學；機制；Vensim分析

Abstract:Using the principle of the system dynamic,the internal information feed-back structure and mechanism are studied.Taking the offshore oil resource for example,the dynamic mechanism of marine oil exploitation is established based on the latest data of CNOOC.Comparing with the real data,the results of this model similar to it,the error is between 20%and 30%.It turns out that investment is the key factor in influencing the sustainable development of the net proved recoverable reserves of remaining oil，the balance of recovery and the sales revenue.For sustainable exploitation,it is necessary to keep steady increase of total investment,keep equal percentage for the exploitation of oil,and upgrade the technology upgrade.

Key words:exploitation of the offshore oil resource；system dynamic；mechanism；Vensim analysis

1 文獻回顧

海洋經濟是支撐社會經濟發展的物質基礎，從系統的角度來看，海洋資源的可持續開發或資源系統的可持續開發是實現社會經濟可持續發展的前提條件，國內外學者對海洋資源的可持續開發利用做了很多研究工作；作為研究和處理各種相互關聯的復雜系統問題的有效工具，系統動力學機制方法也受到了越來越多的關注，國外學者運用系統動力學分析經濟系統和人口系統等問題，國內學者建立系統動力學模型，分析自然資源和社會經濟可持續發展中存在的問題。

1.1 海洋資源可持續開發研究綜述

海洋可持續發展包括三層含義，即海洋經濟的持續性、海洋生態的持續性和社會的持續性，海洋的可持續發展以保證海洋經濟發展和資源永續利用為目的，實現海洋經濟發展與經濟環境相協調，經濟、社會、生態效益相統一（張德賢，2000；王詩成，2007；蔣鐵民，2008）。

運用海洋可持續發展理論和海域承載力理論研究海洋資源開發的可持續性（狄乾斌，2008），從我國的海洋產業入手，分析我國海洋資源開發利用的狀況，從海洋產業結構和產業布局、海洋管理和海洋開發技術等方面總結我國海洋開發的問題，并針對這些問題，提出切實可行的實現海洋可持續發展的途徑和措施（李桂香，1998；王詩成，2001；于保華、胥寧，2003；王殿昌，2008；）。國外學者對海洋資源的發展和研究進行研究，建立相應的模型，認為技術在海洋資源發展過程中起到極其重要的作用（Read Paul、Fernandes、Teresa，2003；Side Jonathan、JowittPaul，2002）。國內學者則以具體省份為例研究海洋資源可持續發展，對遼寧省所擁有的海洋資源進行概述后，分析了遼寧海洋資源開發與海洋生態環境保護之間的關系，提出開展海域資源價值折損評估，采用政策調控和市場機制保護海洋生態環境 （梁喜新，1993；湯天滋、王文翰，2002）。利用我國重要海洋產業數據，分析我國海洋資源開發利用的狀況，并從海洋產業結構和布局及管理等角度總結海洋資源開發存在的問題，提出實現海洋資源可持續發展的途徑（于保華、胥寧，2003；張耀光、關偉，2002）。 學者從海洋資源與環境保護角度分析，研究開發海洋的過程中，存在著海洋環境污染、海洋漁業資源衰退等問題（王喜玲，1999；孫吉亭，2000；寇麗麗、孫向紅，2002）。

1.2 系統動力學模型研究綜述

到20世紀70年代初系統動力學被用來解決很多領域的問題，成為比較成熟的學科，系統動力學到20世紀70年代初所取得的成就使人們相信它是研究和處理諸如人口、自然資源、生態環境、經濟和社會等相互連帶的復雜系統問題的有效工具。基于市場均衡論和信用風險理論，完善運用于分析代際消費計劃的系統動力學機制模型，并提出可替換選擇（Bill Harris，2000）。國內學者將系統動力學運用于研究資源與社會經濟的可持續發展，結合“長白山生態環境保護與可持續發展系統動力學模型”建立的實際經驗，對怎樣用系統動力學研究可持續發展問題進行了概略的闡述，概述了系統動力學所具有的普遍特征和一些獨特的認識論和方法論特征 （肖廣嶺，1997）。建立我國水資源以及航運可持續發展的系統動力學模型，前者引入水資源可持續發展因子，將水資源與社會、經濟、人口、環境放在一個大系統中，研究滿足我國未來用水需求，保證水資源可持續發展的策略；后者描述航運可持續發展的因果邏輯關系，在確定以航運供給量、航運短缺量和資源環境承載力為決策作用點的基礎上，構造航運可持續發展動力學模型，并給出模型中相關系數的確定方法（陳成鮮，2000；真虹，2001）。運用系統動力學原理，建立石化工業可持續發展的系統動力學模型，對模型中的反饋環的結構、功能做具體分析，從而揭示石化工業可持續發展影響因素的交互作用機理（朱強，2003）。

國內外學者運用系統動力學研究海洋可持續發展很少，從系統動力學的角度研究了我國海洋可持續發展所面臨的問題，在分析海洋可持續發展系統特征的基礎上，建立了海洋可持續發展的系統動力學仿真模型（劉波，2003）。

2 海洋不可再生資源可持續開發的系統動力學機制模型

2.1 海洋不可再生資源可持續開發的因果反饋圖

因果關系圖用于分析海洋不可再生資源可持續開發系統內各因素的相互影響關系（見圖1）。由于整個系統包含的因素較多，為了便于分析，可以將海洋可持續開發系統劃分為海洋不可再生資源和環境子系統、社會經濟子系統，每個子系統都有自己的結構特點和獨特的功能，其中一個子系統的輸出是其他子系統的輸入，子系統之間彼此聯系［1］。

社會經濟子系統提供海洋不可再生資源開發所需要的勘探和開發投資，提供經濟生產技術水平支持，以及各種宏觀的經濟因素，它包括市場價格、利潤、技術水平等方面。其中技術進步在整個系統中處于支配地位，通過影響和支配生產來決定系統中各要素的地位、作用和相互關系。而勘探直接投資和開發直接投資的變化可以作為海洋可持續發展的衡量指標。

海洋不可再生資源可持續開發是以海洋資源和環境為物質基礎。海洋資源和環境的狀況不僅影響系統的整體功能和運行，而且對系統的發展方向和過程也起到重要的作用。

社會經濟子系統考慮利潤、投資以及生產能力等因素，主要的因果反饋回路是：正反饋（見圖2）。

海洋不可再生資源和環境子系統主要考慮資源儲量、采出量、資源承載能力和污染物排放等因素，主要的因果反饋回路是：正反饋（見圖3）。

根據現有資源的實際利用情況，資源和環境子系統主要研究海洋石油資源的開發和利用。

因果反饋關系圖用于幫助分析系統內各因素的相互影響關系，在此只考慮系統內主要因素的影響，略去了次要因素的影響。由于正反饋聯系使系統內各因素的變化加強和放大，既是系統不穩定的原因，也是系統得以發展和進化的動力。從對各子系統的主要因果關系分析中可以看出，正反饋回路是各子系統的主要反饋回路，說明在不考慮子系統間的相互影響時，各子系統的發展都偏向于不穩定，敏感于子系統的初始變化。

2.2 海洋不可再生資源可持續開發系統的動力學機制模型流圖與方程

因果與相互關系圖只能描述反饋結構的基本方面，不能表示不同性質的變量的區別，這是它的弱點。為了清晰地描述影響反饋系統的動態性能的積累效應，采用系統動力學流圖來描述系統的動態反饋機制。

根據系統動力學原理，首先對石油開發總體結構和反饋機制進行研究，根據實際情況劃分系統的子塊；然后根據系統中變量的因果關系確定變量的種類；第三，確定系統中各反饋回路之間的耦合關系，并將各子塊耦合為一個復雜系統；最后就是建立系統中各變量的系統動力學方程，初步估計有關參數，利用Vensim軟件構件計算機仿真模型的流圖。

參照以上思路，將海洋石油勘探開發可持續發展系統動力學模型流圖組建如圖4所示。

方程式的建立是海洋石油開發可持續發展系統動力學模型最重要的一環，下面給出模型中關鍵的狀態方程、速率方程和輔助方程（以下用到的單位調整值均為避免單位不統一而設置，作用僅為調整單位，數值為1）（見表1）。

3 海洋石油資源可持續開發的動力學機制的實證分析

3.1 數據的選取

海洋石油資源開發可持續發展的動力學機制模型建立后，選取適合的數據變量進行實證分析，其中主要包括的數據有勘探直接投資（ec）、新增凈探明石油可采儲量（po）、石油價格（p）、儲量替代率（rr）、收入（tr）、儲采平衡率（b）和新增采出量（op）等（見表 2）。

3.2 海洋石油資源可持續開發的動力學機制模型的檢驗

表1 海洋石油資源開發可持續發展系統動力學模型方程式注：儲采平衡率指一口油井、一個油田或一個國家每年新增可采儲量與年開采量的比值，或剩余可采儲量與年產量的比值，它是判斷一個油田是否可持續穩產、生產的重要指標。將儲采平衡率設為x1，收入為x2，勘探投資比例設y，用eviews軟件進行回歸分析，y=241619.6-6297.703x1+0.024477x2。

構建的模型能否有效反映現實狀況，直接決定了模型仿真和政策分析質量的高低。因此，在進行仿真試驗前，必須對模型進行有效性驗證。其方法有理論檢驗和歷史仿真檢驗兩種，前者主要研究模型邊界是否合理，模型變量之間的關系是否有現實意義，參數取值是否有實際意義以及方程量綱是否一致；后者則選定過去某一時刻，將仿真得到的結果與實際結果相比照，考察這兩者是否吻合，以驗證模型是否能有效代表實際系統［2］。對于本文構建的海洋不可再生資源可持續開發的系統動力學模型，可以按照上述方法逐步驗證。理論檢驗較為簡單，在此略過不述。在通過理論檢驗之后，即可進行歷史仿真檢驗。選取的三個指標即新增凈探明石油可采儲量、銷售收入和儲采平衡率在模型中的地位重要而且處于整個回路的開始、中間和結尾，因此具有很強的代表意義。將1995—2008年中海油公司開采海洋石油資源的數據輸入模型，可以得到一組模擬數據，將模擬數據與實際數據進行比較，分析兩者之間的相對誤差（見表3）。現實的環境系統十分復雜，模型只是現實系統的抽象和近似。構建的模型能否有效代表現實系統，直接決定了模型仿真和政策分析質量的高低，因此必須對模型進行有效性驗證。選擇儲采平衡率和銷售收入兩個變量進行誤差分析，可由圖5和圖6看出其相應仿真得到的結果與實際結果的對比圖。

圖5中b代表儲采平衡率，op代表新增采出量，po代表新增凈探明石油可采儲量。由設定的速率方程可以得出，新增采出量和新增凈探明石油可采儲量決定儲采平衡率，當新增采出量和新增凈探明石油可采儲量的模擬數量曲線與實際數量曲線完全重合時，得到b1曲線即儲采平衡率的模擬數量曲線和b2曲線即儲采平衡率的實際數量曲線。經過歷史仿真檢驗，儲采平衡率模擬結果與歷史數據較好吻合，變化趨勢一致。

圖6中tr代表銷售收入，op代表新增采出量，p代表石油價格。由設定的速率方程可以得出，新增采出量和石油價格決定銷售收入，當新增采出量和石油價格的模擬數量曲線與實際數量曲線完全重合時，得到tr1曲線即銷售收入的模擬數量曲線，和tr2曲線即銷售收入的實際數量曲線。經過歷史仿真檢驗，銷售收入模擬結果與歷史數據較好吻合，變化趨勢一致。

4 海洋不可再生資源可持續開發的策略分析

海洋可持續發展策略分析基于海洋可持續發展的系統動力學仿真模型進行，海洋不可再生資源的可持續利用就是對資源的協調利用、高效利用、環保利用。

4.1 海洋不可再生資源的協調開發利用

對海洋不可再生資源的協調開發利用首先包括人與海洋間的協調，即海洋不可再生資源對區域社會經濟發展和人類生存、發展和享樂等方面的需求程度的滿足，與人類海洋開發活動對海洋自然進化引導間的協調，由圖2可以看出，社會經濟子系統提供海洋不可再生資源開發所需要的勘探和開發投資，提供經濟生產技術水平支持，以及各種宏觀的經濟因素，它包括市場價格、利潤、技術水平等方面。

其次是資源與資源及資源與生態環境間的協調，海洋不可再生資源可持續開發是以海洋資源和環境為物質基礎，每種資源都不是孤立存在的，而是存在于復雜的生態系統之中。圖3顯示海洋不可再生資源和環境子系統中的資源儲量、采出量、資源承載能力和污染物排放之間的相互影響關系，海洋資源和環境的狀況不僅影響系統的整體功能和運行，而且對系統的發展方向和過程也起到重要的作用。

如果社會經濟系統在開發海洋不可再生資源過程中遵循生態規律，則使生態系統中各個環節良性互動。如果違背了海洋生態規律，不合理的開發和利用不可再生資源，就會使海洋資源難以存在、形成和積累，那么這種對海洋不可再生資源和環境子系統的影響將會通過它所在的生態系統網絡形式輻射開，從而構成對其他海洋資源存在的影響［3］。

4.2 海洋不可再生資源的高效開發利用

對海洋不可再生資源的高效開發利用包括兩方面，一是提高開發效率，即以盡可能低的海洋資源消耗產出盡可能高的經濟效益；二是提高海洋資源利用率，即在生態系統的整體性允許情況下，達到在時空上對資源的最大利用率。本文以海洋石油資源為例進行分析，考慮到我國海洋石油資源開發的實際情況，得出投資是影響新增凈探明石油可采儲量、儲采平衡率和銷售收入這三個指標可持續發展的主要因素的結論。增加總投資，意味著勘探投資和開發投資都增加，因此加快油氣資源勘探力度，增加探明地質儲量，保持適當的勘探開發投資比例對于油田增儲穩產可以起到重要的作用［4］。

4.3 海洋不可再生資源的環保開發利用

環保利用就是要將環境保護戰略持續應用于海洋不可再生資源的整體開發過程中，增加生態效率，減少環境風險，避免社會經濟子系統的經濟活動對海洋不可再生資源環境子系統產生不可恢復的破壞。本文以海洋石油資源為例，海洋石油資源開發過程中，特別要注意保護工作，因為石油進入海水后，對生物資源的危害是相當嚴重的，石油進入海洋使海水中大量的溶解氧被石油吸收掉，油膜覆蓋水面，造成海水缺氧，使海洋生物死亡。海水被油污染的長期危害使魚、貝類積累某些致癌物質，通過食物鏈到達人類這一級，從而危害人類健康。資源開發過程中污染系數的減少需要技術發展的支持和國家宏觀政策、管理體質的完善，通過加強污染治理，減少海洋污染，逐步改善海洋環境，為海洋經濟發展創造更好的環境。

5 對策建議

5.1 增大總投資

投資是影響資源開發可持續發展的主要因素，目前海洋油氣開發具有資金密集、高風險和高回報等特點，陸上油氣資源開發所需投資一般不超過300萬美元，但是海洋油氣資源開發的投資一般是陸上勘探的3-5倍。在海洋淺水區投資一口鉆井的成本在500萬美元以上，在深海區投資鉆井則需要800萬至1億美元，一個深海平臺的投資成本超過10億美元。增加總投資，意味著勘探投資和開發投資都增加，因此可以同時增加新增探明石油儲量和當年采油量，對于油田增儲穩產可以起到重要的作用。

5.2 保持適當的勘探開發投資比例

近幾年，石油公司不斷加強深水油氣資源勘探開發力度。據Douglas-Westwood發布的數據，2004—2008年全球海上勘探開發投資額穩步上升，2013年海上勘探開發投資額將徘徊在3600億美元左右，與 2008年相比增加 38%左右［5］。

對于同一油區而言，在勘探初期以明確重點勘探陣地、獲得規模儲量為發展目標，勘探投資比例必然占據主導地位。之后，開始進入新建產能階段，開發投資比例逐漸上升。當油區進入發展中期，這一階段是油田投資回收的高峰期，開發逐步超越勘探而成為投資主體。在油田的發展中后期，產量進入快速遞減階段，穩定產量依賴于新油區的勘探開發，這一階段勘探難度逐步增大，單位新增儲量的獲得越來越依賴于更高的勘探技術。因此不同的發展時期，勘探、開發投資的有效配置，將會獲得最佳的綜合經濟效益。

對于不同深度區域，在保持淺水區的勘探開發投資的情況下，增強對深水勘探開發的力度。據Douglas-Westwood研究表明，2007年淺水和深水鉆井支出總共約717億美元，預計到2013年增加到893億美元，其中深水部分增加57%。2009年由于金融危機海上油氣資源的鉆井支出預算下降至610億美元，主要減少的是淺水部分，深水部分的鉆井支出調整幅度很小，因此在保持對淺水的勘探開發投資前提下，應重視深水地區的勘探開發活動。

5.3 提高技術

由于深海低溫高壓的環境，以及其復雜的地理和地質情況，使深海油氣勘探開發具有高技術特點。但是目前我國在海洋油氣資源開發方面的科技含量不高，無論是深海油氣勘探、深海鉆井、深海生產還是深海管道，我國都遠遠落后于國際先進水平。油氣勘探和開發的技術裝備水平不高，如我國海洋油氣勘探普遍缺乏深海石油勘探工作平臺、深海浮式生產裝置技術、深海油氣田的水下生產系統技術等。新興海洋油氣資源的開發利用技術研究遠落后于國際先進水平，目前國際上著重開發的海洋衛星遙感技術、深潛技術、深海資源開發技術、海洋空間利用技術、海洋化工等正逐步投入使用，而國內這些技術極為缺乏。因此加強深海油氣勘探開發技術研究，提高海洋勘探開發能力，從而提高生產效率［6］。

6 結論

運用vensim軟件建立了海洋石油開發可持續發展的系統動力學模型，根據對海洋石油勘探、開發流程及工藝的研究，確定了各指標的因果關系和內在信息反饋機制，將整個勘探開發系統進行了模擬，繪出海洋石油勘探開發系統動力學因果關系圖和流圖與主要反饋回路。經過反復試算，調節各種經驗參數，尋求海洋石油資源開發的可持續性發展。研究表明投資是影響新增凈探明石油可采儲量、儲采平衡率和銷售收入這三個指標可持續發展的主要因素，提出增大總投資、保持適當的勘探開發投資比例、努力提高技術等對策建議。

［1］魏巍.勝利油田石油勘探開發系統動力學模型的建立與對策研究［D］.中國石油大學，2007.

［2］劉波.海洋可持續發展的動力學機制研究［D］.天津大學，2003.

［3］韓美.海洋資源的特性與可持續利用［J］.經濟地理，2004，（4）:478-482.

［4］張耀光，劉巖.中國海洋油氣資源開發與國家石油安全戰略對策［J］.地理研究，2003，（3）:297-304.

［5］王震，陳船英.全球深水油氣資源勘探開發現狀及面臨的挑戰［J］.中外能源，2010， （1）:46-49.

［6］張波,陳晨.我國南海石油天然氣資源特點及開發利用對策［J］.特種油氣藏，2004，（6）:5-8.

（責任編輯劉傳忠）

Dynamic Mechanism of Marine Nonrenewable Resource Sustainable Exploitation——a Case of Offshore Oil Resource

Yu Jinkai，Lin Fengzhu
（School of Economics,Ocean University of China， Qingdao 266100， China）

F062.1

A

本研究得到2008年中國海洋發展研究中心科研項目《基于生態足跡和SD模型的海洋資源開發政府激勵系統研究》(項目編號：AOCQN200819)、山東省自然基金項目《山東省海洋資源生態開發的政府激勵系統研究》（項目編號：Y2008H02）、山東省教育廳人文社科項目《山東省海洋產業布局優化中的政府激勵研究》（項目編號：J08WE65）、Academy of Republic of Korean Studies of the Republic of Korea 資助。

2010-01-24

于謹凱（1971-），男，山東青島人，經濟學博士，中國海洋大學經濟學院副教授；研究方向：產業經濟學、國際經濟學。