工業活動誘發地震的研究熱點與趨勢
——基于Citespace的可視化分析

張 瀾，王明明，周文英

(四川省地震局，成都 61004)

0 引言

近年來，工業活動引起的地震活動已成為公眾感興趣的一個重要話題。工業活動誘發地震是指人類活動中的某些行為，例如采礦、油氣開采、地下廢液處理、頁巖氣生產等，可能會對地下構造和地質斷層施加應力，從而導致地震的產生。在許多情況下，地震發生在進行地下作業的工業設施附近，人們能感覺到對建筑造成的破壞，增加了公眾對這些工業活動發展的關注[1]。在增強性地熱系統（EGS）、非常規油氣開發、二氧化碳和其他廢液的地質封存、深井鹽礦開采等工業活動中，高壓流體被壓入地下，勢必引起深部流體壓力增加，巖石溫度變化和地層變形，并有可能導致已存斷層活化。一些研究表明，長期和集中的工業活動可能會使地震風險增加[2]。近些年來，與此有關的誘發地震活動在全球多個地區出現持續增長的趨勢，引起了越來越多的關注。

近十年來，川東南小震活動呈爆發式增長，5級地震活動頻發，長寧6.0級地震和瀘縣6.0級地突破了川東南地區歷史震級水平，此類現象極為罕見[3]。川南地區工業開采活動包含：頁巖氣壓裂、天然氣田的廢水回注、深水井鹽開采等。工業開采活動在川南地區廣泛開展，地震的發生好像與工業開采活動有著某種時空的相關性。

隨著一系列科學研究的開展，針對川南地區中強地震活動的發震機理有兩種觀點。一種是該地區具有發生6.5 級地震的發震構造能力，川南地區近年來的地震活動并沒有超出背景地震范疇，應該為天然地震[3]。另外一種觀點認為川南地區近年來中強地震的發生與該地區工業活動尤其是頁巖氣開采有關[2]。針對這種研究上的學術爭議，開展工業開采活動誘發地震文獻分析為我們認識川南地區地震發生的機理、相關部門做好科普宣傳工作提供參考。

1 分析工具與數據來源

本文使用的分析工具為Citespace 軟件，該軟件是一款著眼于分析科學文獻中蘊含的潛在知識，并在科學計量學、數據和信息可視化背景下逐漸發展起來的一款多元、分時、動態的引文可視化分析軟件。該軟件可以將行業文獻進行定量化、可視化分析，既可以分析行業最新研究動態、研究趨勢變化，也可以獲得研究對象和研究學者分布等信息。

本文使用Web of Science 核心合集中Science Citation Index Expanded（SCI-EXPANDED）和Conference Proceedings Citation Index-Science（CPCI-S）數據庫，文獻類型選擇Article 進行高級檢索（訪問時間：2023-04-10），設置檢索式：

TI=（（earthquake OR induced seismicity OR triggered earthquake）AND（hydraulic fracturing OR wastewater injection OR oil OR natural gas OR shale gas OR salt mine））OR AK=（（earthquake OR induced seismicity OR triggered earthquake）AND（hydraulic fracturing OR wastewater injection OR oil OR natural gas OR shale gas OR salt mine）），出版日期設置為：2000-01-01至2022-12-31，共檢索到論文294篇。

2 研究基本情況

2.1 發文量分析

發表論文數量的變化趨勢，反映了發表論文數量與時間變化的關系，它是衡量學者對某一研究領域關注程度的重要指標，這也反映了該領域研究的總體進展[4]。如圖1 顯示2000—2022 年工業活動誘發地震相關論文的年度發文量變化，共發表論文294 篇，年均發表13.36 篇。2001 年發文量5 篇，2022 年發文量36 篇，2021 年發文量達到最高峰達44 篇，2014 年開始發文量超過10 篇?？傮w來看，發文量呈緩慢波動上升趨勢。

表1 發文量排名前10的國家Table 1 Top 10 countries in the number of publications

圖1 2000—2022年度發文量Fig.1 Annual publication volume from 2000 to 2022

2.2 國家分布

本文用Citespace 軟件繪制出工業活動誘發地震論文的國家共現知識圖譜如圖2，并提取發文量前十的國家如表1。在圖2 中，節點的大小表示一個國家或地區發表論文的數量，線的數量表示國家或地區之間合作互動的數量，節點和線的顏色表示時間的長度，從淺黃色到深紅色的顏色過渡表示2000 年到2022 年的時間跨度[4]。Citespace 軟件中，中介中心性是測度節點在網絡中位置重要性的一個指標，并用紫色圈對該類文獻（中介中心性不小于0.1）進行重點標注。具有高度中介中心性的文獻可能是連接兩個不同領域的關鍵樞紐，中介中心性越高，節點的重要性也越大[5]。

圖2 發表論文所屬國家共現知識圖譜Fig.2 Co-occurrence knowledge map of countries with published papers

如圖2 所示，工業活動誘發地震論文主要來自美國、中國、加拿大、英國、德國、日本等國家，并且國家之間也有相互合作。其中美國以絕對優勢處于該領域研究的第一集團，共發表論文110篇，占國際論文總量的26.7%；中國和加拿大則組成第二集團，分別發表論文66 篇、60 篇；英國、德國、日本、意大利等國組成第三集團。如表1所示，中介中心性排名前五的國家分別是美國（0.66）、德國（0.3）、英國（0.15）、俄羅斯（0.08）、意大利（0.05）。在發表數量和中心性方面，美國在工業活動誘發地震方面的研究成果突出，且與其他國家或地區積極參與合作，遠超其他國家。雖然德國的發文量排名第五，但其論文具有很高的研究影響力。中國在WOS 數據庫中的論文數量排名第二，但中心性較低（0.04），研究伙伴較少，中國的國際學術影響力有待提高，相關領域的國際合作有待進一步加強。

2.3 研究機構分布

研究機構作為研究人員進行科研工作的平臺，用CiteSpace 軟件對其進行分析可以量化分析其影響力，也可以可視化地展示機構間的合作程度[6]。通過對發文機構的分析，得出了排名前15 的主要科研機構的表格（表2）和機構合作時區圖（圖3）。對比各機構發表的論文數量，我們發現來自美國內政部的論文數量最多，共發表論文20 篇。前15所科研機構美國獨占6所，加拿大5所，德國2所，中國、英國各1所。但其中介中心性只有美國內政部大于0.1，說明機構間缺乏合作，大多為獨立研究。從圖3 可以看出，在發文量8 篇以上的機構中：斯坦福大學于2002 年最早開始發表相關研究論文，中國地震局于2012 年開始發表相關研究論文，但我國國內的期刊上早就有相關論文的發表[7]。

表2 發文量排名前15的研究機構Table 2 Top 15 research institutions in the number of publications

圖3 發表論文所屬研究機構合作時區圖Fig.3 Collaboration time zone map of research institutions with published papers

3 研究主題分析

關鍵詞是高度精煉的論文的主題和內容。綜合分析論文中的關鍵詞可知，共現頻率越高，涉及的相關主題和內容越多。因此，關鍵詞可以用來確定研究領域的熱點問題[8]。在關鍵詞共現圖普中，首先，圓點代表關鍵詞，節點越大，說明改關鍵詞在該領域出現的頻次越高，其研究熱度也越高。節點之間的連線則表示共線關系，其粗細表明共線的強度，顏色則對應節點第一次出現的時間，從淺到深變化表示時間從早期到近期的變化。從圖4 和表3 可知，“地震”、“誘發地震”、“水力壓力”、“廢水回注”做為檢索詞出現在前10關鍵詞中，“應力”、“流體注入”、“水庫”、“俄克拉荷馬”、“地震序列”、“盆地”、“克魯徳湖”等關鍵詞的頻次也位居前列。

表3 頻次前20 位關鍵詞Table 3 Top 20 keywords in frequency

圖4 關鍵詞共現圖Fig.4 The co-occurrence map of keywords

作為文獻內容挖掘的重要工具，“突現詞”是指在某一時期使用頻次驟增的關鍵詞，表示這個關鍵詞在該時間段受到研究人員的高度重視。突現分析（Citation Burst）用來探測某個領域中突現的動態概念和潛在研究問題，適于檢驗學科發展的新興趨勢和驟然變化，反映活躍或前沿的研究節點。本研究通過CiteSpace 軟件進行關鍵詞突現分析，繪制2000～2022 年出現的23 個突現詞（圖5）。其中，Strength 表示突現強度，Begin表示突現性開始年份，End 表示突現性終止年份。從圖5 中可知從2019 年開始的突現關鍵詞：“斷層”、“頁巖”、“反演”、“?？怂箍死锟恕?、“滑動”、“巖石”、“空隙壓力”、“四川盆地”。其中四川盆地和?？怂箍死锟硕加写笠幠５捻搸r氣開采活動并都伴隨著地震的發生[9-10]，也反映出“頁巖氣開采誘發地震相關研究”是當前工業活動誘發地震研究的熱點前沿。

圖5 排名前17位的關鍵詞突變圖Fig.5 Top 17 keywords with the strongest citation bursts

4 結論

（1）2000 年至今，工業活動誘發地震相關的論文共計293 篇。2014 年開始發文量超過10 篇，其中2021年發表論文44篇。

（2）美國在工業活動誘發地震研究中處于核心地位，論文總產出量位于世界第一，相關研究機構眾多，中國發文量位居世界第二，但起步較晚，相關研究機構較少。論文研究國家、研究機構的分布與頁巖氣開采地區有著直接的關系。

（3）當前工業活動誘發地震研究的熱點與頁巖氣開采相關，研究熱點地區分別是中國四川盆地和加拿大?？怂箍死锟?，這些也與中國、加拿大頁巖氣大規模開采活動有關。