工业活动诱发地震的研究热点与趋势——基于Citespace的可视化分析

张 澜，王明明，周文英

(四川省地震局，成都 61004)

0 引言

近年来，工业活动引起的地震活动已成为公众感兴趣的一个重要话题。工业活动诱发地震是指人类活动中的某些行为，例如采矿、油气开采、地下废液处理、页岩气生产等，可能会对地下构造和地质断层施加应力，从而导致地震的产生。在许多情况下，地震发生在进行地下作业的工业设施附近，人们能感觉到对建筑造成的破坏，增加了公众对这些工业活动发展的关注[1]。在增强性地热系统（EGS）、非常规油气开发、二氧化碳和其他废液的地质封存、深井盐矿开采等工业活动中，高压流体被压入地下，势必引起深部流体压力增加，岩石温度变化和地层变形，并有可能导致已存断层活化。一些研究表明，长期和集中的工业活动可能会使地震风险增加[2]。近些年来，与此有关的诱发地震活动在全球多个地区出现持续增长的趋势，引起了越来越多的关注。

近十年来，川东南小震活动呈爆发式增长，5级地震活动频发，长宁6.0级地震和泸县6.0级地突破了川东南地区历史震级水平，此类现象极为罕见[3]。川南地区工业开采活动包含：页岩气压裂、天然气田的废水回注、深水井盐开采等。工业开采活动在川南地区广泛开展，地震的发生好像与工业开采活动有着某种时空的相关性。

随着一系列科学研究的开展，针对川南地区中强地震活动的发震机理有两种观点。一种是该地区具有发生6.5 级地震的发震构造能力，川南地区近年来的地震活动并没有超出背景地震范畴，应该为天然地震[3]。另外一种观点认为川南地区近年来中强地震的发生与该地区工业活动尤其是页岩气开采有关[2]。针对这种研究上的学术争议，开展工业开采活动诱发地震文献分析为我们认识川南地区地震发生的机理、相关部门做好科普宣传工作提供参考。

1 分析工具与数据来源

本文使用的分析工具为Citespace 软件，该软件是一款着眼于分析科学文献中蕴含的潜在知识，并在科学计量学、数据和信息可视化背景下逐渐发展起来的一款多元、分时、动态的引文可视化分析软件。该软件可以将行业文献进行定量化、可视化分析，既可以分析行业最新研究动态、研究趋势变化，也可以获得研究对象和研究学者分布等信息。

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）数据库，文献类型选择Article 进行高级检索（访问时间：2023-04-10），设置检索式：

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）），出版日期设置为：2000-01-01至2022-12-31，共检索到论文294篇。

2 研究基本情况

2.1 发文量分析

发表论文数量的变化趋势，反映了发表论文数量与时间变化的关系，它是衡量学者对某一研究领域关注程度的重要指标，这也反映了该领域研究的总体进展[4]。如图1 显示2000—2022 年工业活动诱发地震相关论文的年度发文量变化，共发表论文294 篇，年均发表13.36 篇。2001 年发文量5 篇，2022 年发文量36 篇，2021 年发文量达到最高峰达44 篇，2014 年开始发文量超过10 篇。总体来看，发文量呈缓慢波动上升趋势。

表1 发文量排名前10的国家Table 1 Top 10 countries in the number of publications

图1 2000—2022年度发文量Fig.1 Annual publication volume from 2000 to 2022

2.2 国家分布

本文用Citespace 软件绘制出工业活动诱发地震论文的国家共现知识图谱如图2，并提取发文量前十的国家如表1。在图2 中，节点的大小表示一个国家或地区发表论文的数量，线的数量表示国家或地区之间合作互动的数量，节点和线的颜色表示时间的长度，从浅黄色到深红色的颜色过渡表示2000 年到2022 年的时间跨度[4]。Citespace 软件中，中介中心性是测度节点在网络中位置重要性的一个指标，并用紫色圈对该类文献（中介中心性不小于0.1）进行重点标注。具有高度中介中心性的文献可能是连接两个不同领域的关键枢纽，中介中心性越高，节点的重要性也越大[5]。

图2 发表论文所属国家共现知识图谱Fig.2 Co-occurrence knowledge map of countries with published papers

如图2 所示，工业活动诱发地震论文主要来自美国、中国、加拿大、英国、德国、日本等国家，并且国家之间也有相互合作。其中美国以绝对优势处于该领域研究的第一集团，共发表论文110篇，占国际论文总量的26.7%；中国和加拿大则组成第二集团，分别发表论文66 篇、60 篇；英国、德国、日本、意大利等国组成第三集团。如表1所示，中介中心性排名前五的国家分别是美国（0.66）、德国（0.3）、英国（0.15）、俄罗斯（0.08）、意大利（0.05）。在发表数量和中心性方面，美国在工业活动诱发地震方面的研究成果突出，且与其他国家或地区积极参与合作，远超其他国家。虽然德国的发文量排名第五，但其论文具有很高的研究影响力。中国在WOS 数据库中的论文数量排名第二，但中心性较低（0.04），研究伙伴较少，中国的国际学术影响力有待提高，相关领域的国际合作有待进一步加强。

2.3 研究机构分布

研究机构作为研究人员进行科研工作的平台，用CiteSpace 软件对其进行分析可以量化分析其影响力，也可以可视化地展示机构间的合作程度[6]。通过对发文机构的分析，得出了排名前15 的主要科研机构的表格（表2）和机构合作时区图（图3）。对比各机构发表的论文数量，我们发现来自美国内政部的论文数量最多，共发表论文20 篇。前15所科研机构美国独占6所，加拿大5所，德国2所，中国、英国各1所。但其中介中心性只有美国内政部大于0.1，说明机构间缺乏合作，大多为独立研究。从图3 可以看出，在发文量8 篇以上的机构中：斯坦福大学于2002 年最早开始发表相关研究论文，中国地震局于2012 年开始发表相关研究论文，但我国国内的期刊上早就有相关论文的发表[7]。

表2 发文量排名前15的研究机构Table 2 Top 15 research institutions in the number of publications

图3 发表论文所属研究机构合作时区图Fig.3 Collaboration time zone map of research institutions with published papers

3 研究主题分析

关键词是高度精炼的论文的主题和内容。综合分析论文中的关键词可知，共现频率越高，涉及的相关主题和内容越多。因此，关键词可以用来确定研究领域的热点问题[8]。在关键词共现图普中，首先，圆点代表关键词，节点越大，说明改关键词在该领域出现的频次越高，其研究热度也越高。节点之间的连线则表示共线关系，其粗细表明共线的强度，颜色则对应节点第一次出现的时间，从浅到深变化表示时间从早期到近期的变化。从图4 和表3 可知，“地震”、“诱发地震”、“水力压力”、“废水回注”做为检索词出现在前10关键词中，“应力”、“流体注入”、“水库”、“俄克拉荷马”、“地震序列”、“盆地”、“克鲁徳湖”等关键词的频次也位居前列。

表3 频次前20 位关键词Table 3 Top 20 keywords in frequency

图4 关键词共现图Fig.4 The co-occurrence map of keywords

作为文献内容挖掘的重要工具，“突现词”是指在某一时期使用频次骤增的关键词，表示这个关键词在该时间段受到研究人员的高度重视。突现分析（Citation Burst）用来探测某个领域中突现的动态概念和潜在研究问题，适于检验学科发展的新兴趋势和骤然变化，反映活跃或前沿的研究节点。本研究通过CiteSpace 软件进行关键词突现分析，绘制2000～2022 年出现的23 个突现词（图5）。其中，Strength 表示突现强度，Begin表示突现性开始年份，End 表示突现性终止年份。从图5 中可知从2019 年开始的突现关键词：“断层”、“页岩”、“反演”、“福克斯克里克”、“滑动”、“岩石”、“空隙压力”、“四川盆地”。其中四川盆地和福克斯克里克都有大规模的页岩气开采活动并都伴随着地震的发生[9-10]，也反映出“页岩气开采诱发地震相关研究”是当前工业活动诱发地震研究的热点前沿。

图5 排名前17位的关键词突变图Fig.5 Top 17 keywords with the strongest citation bursts

4 结论

（1）2000 年至今，工业活动诱发地震相关的论文共计293 篇。2014 年开始发文量超过10 篇，其中2021年发表论文44篇。

（2）美国在工业活动诱发地震研究中处于核心地位，论文总产出量位于世界第一，相关研究机构众多，中国发文量位居世界第二，但起步较晚，相关研究机构较少。论文研究国家、研究机构的分布与页岩气开采地区有着直接的关系。

（3）当前工业活动诱发地震研究的热点与页岩气开采相关，研究热点地区分别是中国四川盆地和加拿大福克斯克里克，这些也与中国、加拿大页岩气大规模开采活动有关。