基于中國知網(wǎng)的我國地震地下流體文獻(xiàn)統(tǒng)計與分析

高 咪，江寧波，左 洪，廖 程，邱桂蘭，陳學(xué)芬

（四川省地震局，四川 成都 610041）

地震觀測研究的實踐表明，深部流體對地震孕育和發(fā)生起到非常重要的作用（周曉成等，2012；孫小龍等，2020），地殼流體是溝通地殼應(yīng)力與固體變形之間關(guān)系最敏感的物質(zhì)，流體具有很強的地殼深部信息傳遞能力（劉耀煒，2006；劉春國等，2022）。地震地下流體觀測與研究在地震危險性判定，特別是短臨預(yù)測中發(fā)揮重要作用。我國地震地下流體觀測開始于1966 年邢臺地震后（周啟超等，2023），經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，逐步從最開始以水文地質(zhì)學(xué)和水文地球化學(xué)為基礎(chǔ)的觀測研究成為地震前兆重要綜合觀測手段（孫小龍等，2020）。對地下流體前兆異常的解釋和流體前兆機理的研究已從傳統(tǒng)的“震源效應(yīng)”轉(zhuǎn)向“場、源”效應(yīng)（李宣瑚，1981），車用太等（1997）在地震預(yù)測中提出了“源兆、場兆與遠(yuǎn)兆”的觀點。我國地下流體觀測網(wǎng)從最初的大震現(xiàn)場的監(jiān)測預(yù)報地震前兆觀測系統(tǒng)發(fā)展起來，逐步建成了水文地球化學(xué)觀測網(wǎng)、地下水物理動態(tài)觀測網(wǎng)和現(xiàn)場流動觀測系統(tǒng)，并大力發(fā)展數(shù)字化觀測技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)由平面臺網(wǎng)向立體監(jiān)測網(wǎng)發(fā)展，由單一方法向綜合觀測的發(fā)展，由地表觀測向深部觀測發(fā)展的監(jiān)測系統(tǒng)（劉耀煒等，2006）。

學(xué)術(shù)期刊作為發(fā)布科研成果的載體之一，是知識的集合平臺。對文獻(xiàn)進(jìn)行深入挖掘，不僅有助于了解研究領(lǐng)域的宏觀布局和趨勢，更有利于科研工作者了解最新的研究熱點，促使研究力量更快地集中在研究前沿和關(guān)鍵問題（朱薇薇等，2018）。地震地下流體文獻(xiàn)作為地下流體學(xué)科發(fā)展中重要的記錄、傳播、交流載體貫穿學(xué)科發(fā)展的始終。VOSviewer 軟件是一款主要用于計量和科學(xué)分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的信息可視化軟件，它通過科學(xué)知識圖譜展現(xiàn)知識領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)、進(jìn)化、合作等關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于不同研究領(lǐng)域。本文借助現(xiàn)代先進(jìn)的VOSviewer 工具對地震地下流體40 余年的科技文獻(xiàn)進(jìn)行細(xì)致的分析，揭示文獻(xiàn)的各項特征及反映的內(nèi)在規(guī)律，為學(xué)科發(fā)展研究提供重要參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

基于中國知網(wǎng)CNKI 中文期刊數(shù)據(jù)庫，通過主題詞檢索，以“地震”為主題詞，輔以“水位、水溫、氡、汞、二氧化碳、氦、氫、電導(dǎo)率、斷層氣、氣體、離子、同位素、泥火山、脫氣—集氣裝置、井、泉、地下流體、地下水、流體特征、土壤氣、CO2、H2、He”等相關(guān)主題詞，選擇時間跨度為1982 年1 月1 日至2023 年6 月30 日，共檢索到中文學(xué)術(shù)期刊論文8 967 篇，學(xué)位論文2 733 篇，國內(nèi)會議論文1 450 篇。由于期刊論文主要目的是學(xué)術(shù)交流，是關(guān)于某學(xué)術(shù)領(lǐng)域或課題上的研究進(jìn)展或見解，具有創(chuàng)新性、嚴(yán)謹(jǐn)性、及時性；學(xué)位論文內(nèi)容包含研究的課題與相關(guān)的綜述，系統(tǒng)性和完整性較高，但缺乏創(chuàng)新性；會議論文普遍創(chuàng)新性強，嚴(yán)謹(jǐn)性一般，學(xué)界普遍認(rèn)為期刊論文比會議論文和學(xué)位論文更能體現(xiàn)學(xué)術(shù)水平。因此，本文選擇以期刊論文作為研究對象，通過閱讀標(biāo)題和摘要，剔除不相關(guān)和重復(fù)文獻(xiàn)，最終選用6 022 篇學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)作為主要分析對象。

為了更客觀地反映出分析對象的變化規(guī)律，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。在數(shù)據(jù)下載過程中已完成數(shù)據(jù)剔除、去重等工作，數(shù)據(jù)整理主要是進(jìn)行關(guān)鍵詞的同義詞合并和機構(gòu)名稱的合并，如：“汶川地震”“汶川8.0 級地震”統(tǒng)一合并為“汶川地震”，“活斷層”“活動斷層”統(tǒng)一合并為“活動斷層”，“H2”“氫氣”“氫”統(tǒng)一合并為“氫”；“國家地震局地震預(yù)測研究所”和“中國地震局地震預(yù)測研究所”合并至“中國地震局地震預(yù)測研究所”，“中國地震局地殼應(yīng)力研究所”和“應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院”合并至“應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院”。將下級單位統(tǒng)一合并至上級單位，如“成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院”和“成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院”統(tǒng)一合并為“成都理工大學(xué)”；“山西省地震局夏縣中心地震臺”和“山西省地震局臨汾中心地震臺”統(tǒng)一合并為山西省地震局。完成數(shù)據(jù)清洗整理后，使用VOSviewer 軟件進(jìn)行作者、關(guān)鍵詞和發(fā)文機構(gòu)的共現(xiàn)分析，結(jié)合excel 軟件對6 022 篇學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)文數(shù)量、作者、關(guān)鍵詞、發(fā)文機構(gòu)、發(fā)文時間等進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 數(shù)據(jù)分析和結(jié)果

2.1 論文產(chǎn)出總體概況

學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)的數(shù)量變化可以在一定程度上衡量某領(lǐng)域在某段時期的發(fā)展態(tài)勢，用于評價該領(lǐng)域的發(fā)展階段、預(yù)測未來發(fā)展趨勢及動態(tài)（邱均平等，2017）。通過統(tǒng)計1982—2023 年地震地下流體領(lǐng)域文獻(xiàn)（圖1），結(jié)果顯示：1982 年以來，我國學(xué)者對于地下流體的關(guān)注和研究整體呈現(xiàn)出上升的趨勢，在2017 年達(dá)到頂峰，隨后發(fā)文量有所下降，這可能與近幾年該領(lǐng)域傳統(tǒng)研究方法逐漸走向成熟有關(guān)。

圖1 1982—2023 年我國地震地下流體發(fā)文量年度變化

2.2 作者分析

在不區(qū)分是否為第一作者的情況下，所有合著論文的每位作者均記為發(fā)文1 篇，總發(fā)文量為9 732 篇。僅發(fā)表1 篇論文的署名作者為7 091 位，占所有署名作者的72.86%，發(fā)表2～10 篇論文的署名作者為2 414位，占所有署名作者的24.82%，發(fā)表11～20 篇論文的署名作者為135 位，占所有署名作者的1.39%，發(fā)表21～30 篇論文的署名作者為33 位，占所有署名作者的0.34%，發(fā)表31～40 篇論文的署名作者有9 位，占所有署名作者的0.09%，發(fā)表41 篇及以上論文的署名作者有10 位，占所有署名作者的0.10%。發(fā)文量在前10 的作者統(tǒng)計結(jié)果如表1 所示，其中劉耀煒是發(fā)文量最多的作者，發(fā)文量達(dá)到83 篇，說明該作者原創(chuàng)性研究實力較強。這10 位作者中，應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院和中國地震局地震預(yù)測研究所均占3 位，說明這2 所研究機構(gòu)綜合科研能力強。這10 位作者中，屬于地震系統(tǒng)的作者有9 位，建議地震系統(tǒng)加大與高校和其他單位的合作，促進(jìn)地震地下流體學(xué)科多元化發(fā)展。

表1 作者發(fā)文量Top10

表2 各時間段總發(fā)文量及高頻關(guān)鍵詞

表3 機構(gòu)發(fā)文量Top10

根據(jù)普賴斯定律計算，得出作者發(fā)文量大于7 即表示該作者就是核心作者。經(jīng)統(tǒng)計，所提取的數(shù)據(jù)中核心作者共412 位，占比4.24%，說明該領(lǐng)域研究者核心度較強，研究主力比較集中。利用VOSviewer 軟件對核心作者進(jìn)行作者共現(xiàn)分析（圖2），發(fā)現(xiàn)我國地震地下流體領(lǐng)域的核心作者主要集中于2010 年以后，這與該時期發(fā)文總量迅猛上升有關(guān)。核心作者共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)由24 個聚類組成，絕大多數(shù)核心作者之間的相互聯(lián)系較為緊密，存在少量核心作者之間沒有聯(lián)系的情況。這些核心作者與劉耀煒、高小其、孫小龍、車用太、周曉成等高產(chǎn)作者聯(lián)系十分緊密，這幾位高產(chǎn)作者均為我國地下流體學(xué)科有影響力的學(xué)科帶頭人。說明我國地震地下流體研究主要集中在特定的領(lǐng)域中，圍繞著這些學(xué)科帶頭人進(jìn)行，也體現(xiàn)了地震地下流體領(lǐng)域核心學(xué)者之間較強的合作關(guān)系。

圖2 核心作者的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

2.3 關(guān)鍵詞分析

利用作者提供的關(guān)鍵詞對6 022 篇論文的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，總關(guān)鍵詞數(shù)為10 954，出現(xiàn)4 次及以上的關(guān)鍵詞共有1 014 個，根據(jù)這些關(guān)鍵詞的共現(xiàn)強度，可將其劃分為以地下流體、地震預(yù)報、地下水、地震前兆、井水位、前兆異常、同震響應(yīng)、水溫等高頻關(guān)鍵詞為核心的21 個聚類組成，各個聚類之間聯(lián)系緊密（圖3）。

圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

圖3 不僅顯示了地震地下流體的主要研究內(nèi)容，如：水位、氡、斷層氣等，也揭示了其主要研究方法和技術(shù)，如：正演模擬、震源機制等。分析上述內(nèi)容可知，我國地震地下流體學(xué)科的主要研究方向有4 個：一是圍繞地下流體進(jìn)行的研究，研究內(nèi)容以地球物理場前兆觀測為主，從監(jiān)測技術(shù)多維發(fā)展、新技術(shù)傳感器研究、觀測臺網(wǎng)新布局等方面見證了地下流體學(xué)科跨越式發(fā)展；二是以地震預(yù)報為主的研究，包括地下流體異常特征、地下流體同震響應(yīng)和震后效應(yīng)、流體短臨異常等，為地震預(yù)報和震情跟蹤服務(wù)；三是以地球化學(xué)為基礎(chǔ)的土壤氣研究，研究對象主要集中在氫、氡、汞、二氧化碳等對深部構(gòu)造活動和活動斷裂應(yīng)力場變化反應(yīng)敏感的氣體；四是圍繞井間地震的研究，主要包括井間地層的連續(xù)性、了解儲層的橫向變化、進(jìn)行油藏描述和監(jiān)測油氣藏的動態(tài)，獲取地下地質(zhì)構(gòu)造細(xì)節(jié)。從圖3 可以看出，前3 個研究方向之間的聯(lián)系更為緊密。

2.4 熱點分析（發(fā)表時間）

高階關(guān)鍵詞在一定程度上可反映該領(lǐng)域的研究熱點（程志強，2022），本文將6 022 篇文獻(xiàn)分為4 個時間段，分析我國地震地下流體的研究熱點隨時間的變化情況。首先歸納整理各時間段總發(fā)文量以及出現(xiàn)頻次排名前20 的關(guān)鍵詞（表2），再將這些時間段內(nèi)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，得到這40 多年我國地震地下流體的研究方向的變化。

綜合表2 分析可知：（1）1982—1991 年地震地下流體領(lǐng)域的發(fā)文量相對較低，該時段研究主要圍繞地下水、地震預(yù)報進(jìn)行。該時期正處于地下流體正式作為三大前兆觀測手段之一得到大力發(fā)展的時段，地下流體監(jiān)測開始向臺網(wǎng)化、專業(yè)化和規(guī)范化發(fā)展，期間明確提出了布局思路與建網(wǎng)方案，在全面清理評估與調(diào)整、優(yōu)化已有觀測點的基礎(chǔ)上，建立了專業(yè)化的全國地震地下水動態(tài)觀測網(wǎng)（255 個觀測點）、全國地震水文地球化學(xué)觀測網(wǎng)（330 個觀測點）和全國地震水溫觀測網(wǎng)（114 個觀測點）（孫小龍等，2020；劉春國等，2022）。（2）1992—2001 年這10 年的發(fā)文量與前10 年基本持平，這時期地震地下流體的主要研究方向是地震預(yù)報、井水位和斷層氣等，這與我國地震地下流體觀測技術(shù)取得了突破性進(jìn)展的背景相對應(yīng)。隨著水溫、水位、氫、汞、氦等數(shù)字化觀測技術(shù)相繼研制成功，全國多個臺站開展數(shù)字化技術(shù)改造，臺站的水位、水溫、氫和汞的觀測改造為數(shù)字化觀測（劉春國等，2022）。（3）2002—2011 年的發(fā)文量顯著上升，主流研究方向除了常規(guī)的地震預(yù)報外，利用井間地震研究儲層預(yù)測逐漸興起，并得到了一定程度的發(fā)展。儲層預(yù)測研究的涌現(xiàn)，可能與國家發(fā)展油氣勘探、開發(fā)有一定關(guān)系（孫小龍等，2020；劉春國等，2022）。（4）2012—2023 年的發(fā)文量維持在高位，研究內(nèi)容更加多樣性。截至2020 年，納入地下流體學(xué)科技術(shù)管理的地球化學(xué)定點連續(xù)觀測的站、網(wǎng)包括151 個氡觀測臺站、58 個汞觀測臺站、76 個氫和氦觀測臺站、17 個水質(zhì)觀測臺站，觀測項目達(dá)幾十種，主要有井（泉）水（氣）氡濃度、水（氣）汞濃度、氫氣、氦氣、井（泉）水中溶解氣、井（泉）水逸出氣、水質(zhì)成分和同位素等（高小其等，2021）。隨著地震監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展以及地震資料的積累，使得同震響應(yīng)及震例回溯的研究得到重視。

上述分析表明，地下水、地震預(yù)報貫穿我國地震地下流體整個研究階段，研究內(nèi)容主要圍繞地震監(jiān)測與預(yù)報開展，研究重點發(fā)生了部分轉(zhuǎn)變，新增了如井間地震、天然氣水合物等。研究主題從較為單一的地震預(yù)報轉(zhuǎn)變?yōu)榈卣痤A(yù)報、地球化學(xué)、井震結(jié)合、同震響應(yīng)等多元融合的研究。這充分體現(xiàn)了我國地下流體觀測已從最開始以水文地質(zhì)學(xué)和水文地球化學(xué)為基礎(chǔ)的觀測研究實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，實現(xiàn)了單一方法向綜合觀測手段發(fā)展，建成了由定點觀測與流動觀測相結(jié)合，空間、地表、深井相結(jié)合的立體監(jiān)測網(wǎng)，研究對象也從地下水?dāng)U展到了與地震孕育發(fā)生相關(guān)的油、氣、地?zé)岬攘黧w。地下流體觀測已成為地震前兆綜合觀測的重要手段，在地震危險性判定中發(fā)揮著不可替代的作用，成為我國防震減災(zāi)工作中不可或缺的一部分。

2.5 機構(gòu)分析

經(jīng)統(tǒng)計，1982—2023 年關(guān)于地震地下流體的6 022 篇論文是由4 587 個機構(gòu)發(fā)表的，這些發(fā)文機構(gòu)主要為地震系統(tǒng)、高校和研究院所（含國家重點實驗室）。發(fā)文量排名前10 的機構(gòu)（表3）均屬于地震系統(tǒng)，這側(cè)面說明了研究地震地下流體具有極強的專業(yè)壁壘。對發(fā)文量在5 篇以上的240 個機構(gòu)進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析，共產(chǎn)生19 個聚類（圖4），中國地震局地震預(yù)測研究所、中國地震臺網(wǎng)中心、云南省地震局、新疆維吾爾自治區(qū)地震局等發(fā)文量頭部機構(gòu)幾乎串起了該領(lǐng)域所有的發(fā)文機構(gòu)，這些單位在互相合作的基礎(chǔ)上，也形成了各自的研究群落。大多數(shù)發(fā)文機構(gòu)間相互聯(lián)系非常緊密，體現(xiàn)了各機構(gòu)之間廣泛的合作關(guān)系。

圖4 發(fā)文機構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

3 結(jié)論

通過分析1982—2023 年我國地震地下流體研究領(lǐng)域的論文，歸納了研究力量的分布、了解研究熱點等情況，得到結(jié)論如下：（1）1982 年以來，我國學(xué)者對于地下流體的關(guān)注和研究整體呈現(xiàn)出上升的趨勢，在2017 年達(dá)到頂峰，近年發(fā)文量有所下降，可能與近幾年該領(lǐng)域傳統(tǒng)研究方法逐漸走向成熟有關(guān)。（2）地震地下流體領(lǐng)域的核心作者、機構(gòu)來源都較為集中。高產(chǎn)作者主要來自于學(xué)科帶頭人，核心學(xué)者之間具有較強的合作關(guān)系。研究力量主要集中在中國地震局所屬機構(gòu)，建議地震系統(tǒng)加大與高校和其他單位的合作，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，促進(jìn)地震地下流體學(xué)科多元化發(fā)展。（3）地震地下流體的研究內(nèi)容更加多樣化，研究重點發(fā)生了部分轉(zhuǎn)變，新增了如井間地震、天然氣水合物等。研究主題從較為單一的地震預(yù)報轉(zhuǎn)變?yōu)榈卣痤A(yù)報、地球化學(xué)、井震結(jié)合等，近年研究趨向多元化、綜合化。

隨著地震地下流體學(xué)科的傳統(tǒng)研究方法逐漸走向成熟，該領(lǐng)域勢必會更多地與其他新興學(xué)科交叉融合，結(jié)合高新觀測技術(shù)，探索多尺度協(xié)同化觀測新模式，持續(xù)加強地下流體異常機理研究。適時建設(shè)地震地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫平臺、研發(fā)空間—淺地表流體多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、建立深淺部流體溯源模型，可為地震監(jiān)測預(yù)測業(yè)務(wù)需求提供新的技術(shù)支撐與業(yè)務(wù)產(chǎn)品。