1954～2022年中国遗迹化石研究特征与趋势——基于CiteSpace知识图谱分析

毕岭,肖玲,贾慧,章宏波,陈曦

1)西安石油大学地球科学与工程学院,西安,710065;2)西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室,西安,710065;3)中国石油长庆油田分公司第十二采油厂,甘肃合水,745400;4)延长油田股份有限公司志丹采油厂,陕西延安,716000

遗迹化石是指地质历史时期生物的生命活动在沉积物和其他底质中留下的痕迹,生物的生命活动主要包括运动、觅食、潜穴、钻孔、休息、捕食、耕作、住居、孵化、新陈代谢等(龚一鸣等,2009)。遗迹化石由于其延续时间长、不受岩相控制易于保存,是良好的沉积环境指示剂,在地层的划分与对比、生物演化、沉积环境分析、古生态等领域具体研究意义和价值(杨式溥等,2004)。文献计量学是一种对某学科领域的文献进行分析,评估一段时间内研究活动趋势的研究方法(高俊宽,2005)。近年来,许多学者运用文献计量学对护理学(张艳,2013)、农业面源污染(高懋芳等,2014)、海洋地质学(刘娅楠等,2021)、心理学(谢丽,2014)等多个领域的研究进行了分析。为了全面了解遗迹化石的研究状态,并为后期遗迹化石的研究者提供直观明了的参考依据,本研究运用文献计量学、可视化等方法对遗迹化石的研究结果进行系统整理,并分析遗迹化石在国内的研究情况,以期为当前乃至今后遗迹化石的研究趋势提供思路。

1 材料与方法

1.1 数据来源

笔者等选取信息索引数据库中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)作为检索平台,检索遗迹化石相关研究文章。本次研究以“遗迹化石”、“痕迹化石”及“遗迹组构”为主题检索1954～2022年的相关文献,共检索到3862条结果。其中,中文文献共1027条结果,包括737篇学术论文、134篇学位论文、102条会议记录、14个成果、12篇报道,时间跨度为1956～2022年;外文文献共2835条结果,包括2800篇学术论文、21条会议记录、14本专著,时间跨度为1954～2022年。所有检索数据截止日期为2022年9月23日。

除在历史发文量分析中使用全部检索数据外,为确保遗迹化石领域文章的质量与可视化分析的准确性,在其他分析中使用经过筛选去重后的数据。

1.2 方法

文献计量学使用统计的方法对科学论文进行定量分析,能够描述该领域的研究状况和新兴趋势,探索未来的研究热点和方向(张頔等,2019;张媛等,2021)。所有数据均独立收集,并以TXT格式下载。将数据导入Microsoft Excel 2016和CiteSpace 6.1.R2软件进行定性和定量分析。运用Microsoft Excel 2016软件对文献类型分布、年度发表文献数量趋势进行分析;运用CiteSpace 6.1.R2对作者合作关系及关键词突现进行分析,并将上述所有项目进行可视化呈现。

2 研究结果与分析

2.1 发文量

论文发表的时间分布能反映某一时间段内该领域的研究状况和研究热点(董巧连等,2010)。CNKI核心数据库检索结果表明,1954年1月～2022年9月国际上共发表遗迹化石文献3862篇。由图1可以看出,外文文献发文量总体呈现上升趋势,中文文献发文量较稳定,这主要与学科发展和科学技术的进步有关(图1)。遗迹学研究已有200余年的历史,国际上最早期遗迹化石的研究可以追溯到19世纪初,主要是脊椎动物足迹的研究。龚一鸣等(2009)将中国遗迹化石研究的历史概括为3个阶段:零星(1929～1978年)、系统(1978～2004年)和创新(2004年～至今)遗迹化石研究阶段。

图1 遗迹化石发文量变化趋势

零星研究阶段(1978年以前),中国的遗迹化石研究总体上处于起步阶段,对大多数遗迹化石不了解、不认识。CNKI收录的第一篇关于遗迹化石的文章是刘宪亭1956年发表于《地质知识》的文章,研究的内容仅涉及简单的属种描述、形态功能和造迹生物分析。由于当时的研究很大程度上受制于技术条件,资料难以获取,成果相对较少。

系统研究阶段(1978～2004年),中国遗迹化石研究从近乎停滞、封闭状态逐渐走向启动和开放,年度发文呈现显著上升趋势。此阶段共发表了中文文献411篇(杨式溥26篇,胡斌20篇,晋慧娟18篇,龚一鸣17篇,齐永安17篇,吴贤涛16篇)。到2000达到年度发文25篇的小高峰,2001～2004这4年出现下降再次回弹上升的现象。

创新研究阶段(2004年～至今),发文量基本稳定,除对系统研究阶段的一些研究方向继续发展和深化外,还与其他学科交叉融合,形成了一些有特色和发展前景的研究方向和研究领域,如遗迹化石模拟和可视化研究。

2.2 期刊分布

分析研究成果在期刊的发文量能反映该领域的权威期刊(郭兵等,2021)。发文量排前20名的期刊共发表文献1528篇,占总文献量的86.67%,中文文献发文量居前5位的期刊为《沉积学报》、《古地理学报》、《地球科学》、《地质论评》、《地质学报》。外文文献发文量居前5位的期刊为《Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology》、《Ichnos》、《Journal of Paleontology》、《Palaios》、《Lethaia》。

从表1看出,相较国外,我国遗迹化石研究方向的文献较少,主要发表在《沉积学报》和《古地理学报》上,发文量分别为59和44篇,占总发文量的20.21%和21.78%。发文量10～25篇的期刊有《地球科学》、《地质论评》、《地质学报》、《科学通报》和《中国地质》,分别占总发文量的12.38%、9.90%、8.42%、6.44%和4.95%。

表1 国内外遗迹化石研究发文量前10期刊

从总体上来看,英文期刊的发文量远大于中文,这可能与其研究开始早,技术发达有关,我国在遗迹化石领域还有很远的路要走。

2.3 作者群分析

2.3.1高产作者发文情况

通过对遗迹化石研究的人员分析,可以大致了解该领域的主要作者,有利于读者了解作者的研究概况,促进该领域学术研究和交流合作(安显金等,2018)。笔者等对CNKI中遗迹化石研究领域发文量前10位的作者进行统计(表2),发现目前该领域的成果主要由Alfred Uchman、胡斌和Luis A.Buatois等人贡献,中国学者相对较多,位居前10的包括:胡斌、齐永安、龚一鸣、杨式溥和张立军5人。

表2 世界上遗迹化石相关领域发文量前10的作者

借助CiteSpace软件,将节点设置为“作者”运行得到作者合作图谱(图2),其中作者节点的大小与发文量成正比,节点间连线表示作者的合作情况。由图可知,目前遗迹化石相关领域的研究者大多数成团体状态,已经形成了较为密切的合作关系。根据图谱大致可以把研究者分为3类:①其一是王约、周志澄等由2个节点以下连线的研究者,表示他们已展开两两合作研究;②其二是龚一鸣、范若颖、纵文瑞等由3个以上节点的连线的研究者,表示已经形成了3人以上的或大或小的研究团队;③第三类是以胡斌、齐永安、张立军为中心的大规模研究团队出现。综上,我国遗迹化石发展研究中的部分研究者之间的已形成较为密切的合作。

图2 2004～2022年 CNKI中遗迹化石研究领域中国作者关系图

2.3.2作者所属机构分析

研究作者所属机构系统与发文量,可以从中观层面分析科研力量的空间分布,反映出不同系统的科研能力(安传艳等,2018)。选择CNKI中的核心期刊,筛选出737篇文章进行发文机构分析。从统计情况看,作者群所属系统主要包括高等院校、中科院系统、行政事业单位以及其他科研机构。由表3可见,发文量前5位的机构分别是河南理工大学、中国地质大学(武汉)、中国科学院南京地质古生物研究所、成都理工大学、西北大学。其中,河南理工大学以及中国地质大学(武汉)发文数量分别为145和128篇。

结果(表4)显示:发文量前15位的作者共计发文378篇,占我国遗迹化石总发文量的51.29%。河南理工大学的胡斌发表遗迹化石的相关文章最多,有65篇。通过分析表4可知,河南理工大学共有8位学者进入前15位高发文量作者之列,中国科学院兰州地质研究所有3位,中国科学院南京地质古生物研究所和中国地质大学各有2位学者,贵州大学1人进入前15,可见这些大学和研究院所的研究人员对我国遗迹化石领域的发展起到了重要的推动作用。

表4 遗迹化石研究发文量前15的中国作者

2.3.3我国作者的高引文献

引文数量与篇均引文量是引文分析的重要指标(王曰芬,2007),既反映出学术论文信息的吸收能力,也说明了研究者的引文意识。选取CNKI数据库中被引次数最多的20篇文献进行统计分析(表5),高被引文献往往是该领域专家撰写的综述类文章和早期研究热点方向。从表5中可以看出,遗迹化石研究领域的文献高引文献频次相差较大,最高频次为136次,最低频次为36次,表明该研究领域的文献质量不太稳定,联系紧密较低。文献被引频次不高,可能与该学科起步较晚,还处于发展阶段,各方面的研究还有待完善有关。

表5 中国遗迹化石研究领域总被引频次居前20位的文献

2.4 关键词分析

采用CiteSpace中的热点诊断“burst detection”功能模块,对短时间内快速增长的热点主题(或文献、作者以及期刊引证信息等)进行分析(肖明等,2011)。CiteSpace可计算每个节点的出现是否具有爆发性,输出爆发度指数(Burst index),指示在某时段爆发或剧增的程度;Strength代表了突现强度,就是短时间内这个词被频繁使用的强度。

据此推测研究趋势,可将研究热点的演化分为以下3个阶段(图3):第一阶段(2004～2006年),存在多个频率较高、爆发周期长、中心也较高的关键词,这些词汇指示持续受到关注的研究主题。在2004年后出现并迅速成为遗迹化石研究热点的关键词包括:“古近系”、“济阳坳陷”和“东营坳陷”等,其中“古近系”突现强度最高,说明当时遗迹化石的研究主要集中在古近系。第二阶段(2008～2013年),出现了一些周期长但是高爆发相对较低的关键词,包括:“三叠纪”、“化石遗迹”和“岩石地层”等表征系统变化过程和演化规律的理论研究内容。第三阶段(2013年～至今),这一阶段出现的爆发性词汇包括:“寒武系”、“古环境”和“遗迹组合”等。

图3 2004～2022年CNKI中遗迹化石研究领域高频关键词突现探测图

2.5 资助基金

基金项目发文量基金项目是指研究经费来源于国家和各级政府部门及社会团体等拨款资助的科研项目(张诗乐等,2015)。因此,研究领域的基金资助可以反映该领域的关注程度。笔者等统计了我国遗迹化石研究领域的基金资助情况(图4)。737篇遗迹化石文献涉及基金427个,其中国家级的基金资助(国家自然科学基金、国土资源大调查项目、973计划、现代古生物学和地层国家重点实验室课题、中国博士后科学基金、国家攀登计划、国家重点研发计划)的研究文章共计313篇,占总发表论文的73.3%,可见我国遗迹化石的研究受到国家层面的高度关注和重视。除此之外,我国遗迹化石的研究还受到高等学校专项基金以及地方自然科学基金的资助。其中,高等学校博士学科点专项科研基金文献最多,达37篇,占8.67%;贵州科技攻关计划次之,发表文献22篇,占5.15%;中国科学院知识创新工程项目发表11篇,占2.58%。省级基金项目发表文献25篇,占5.85%,其中,河南省自然科学基金发表9篇,占2.11%;贵州省科学技术基金发表8篇,占1.87%;四川省教育厅自然科学研究项目发表3篇,占0.7%。我国部分的省份对遗迹化石的研究关注度较高,这与所在省份的高校以及科研院所对遗迹化石的关注有直接关系,如贵州省科技攻关计划和河南省自然科学基金的文章较多,主要与贵州大学和河南理工大学分别坐落于贵州、河南有关。

图4 中国遗迹化石相关研究基金资助项目

3 讨论

3.1 研究区变化

3.1.1时空变化

通过分析研究区可从空间尺度上面反映研究重点的变化和转移状况。图5为以1954～2022年为时间段进行的研究区域统计,可以看出研究区域较为广泛,由于零星阶段发文量少,还未形成系统的研究区域;1979～2004年系统发展阶段,研究区主要集中在贵阳,新疆等地;2004～2022年创新发展阶段,研究区开始出现慢慢向河南、四川等地转移的趋势,形成以河南、四川为核心,贵州、新疆为重点的分布局面。

图5 不同阶段各研究区相关文献量

表6对作者单位与研究区域进行相关性分析,结果表示两者相关性较强。其中研究区域的分布主要受自然资源条件、以及研究作者单位所在地影响。河南理工大学的研究者们,形成以河南豫西为核心的空间格局,贵州大学的学者主要研究贵州、云南等地。

3.1.2研究地质年代变化

1956年以来,中国寒武系的遗迹化石研究主要集中在河南省、云南省和贵州省境内,研究者对豫西洛阳、济源、登封和鲁山等地寒武系地层中的遗迹化石研究较详细。中国奥陶系、志留系和泥盆系中的遗迹化石研究主要集中在贵州、陕西、新疆塔里木盆地、准噶尔盆地、湖南等地。中国石炭系—二叠系海相沉积中含有丰富的遗迹化石,以往研究程度较高,主要集中在新疆准噶尔盆地西北部、柴达木盆地南缘和河南豫西(二叠系)、晋中南(上石炭统—下二叠统)、陕西秦岭(上二叠统)等地区又取得许多新的研究成果。中国三叠系海相遗迹化石的研究主要集中在四川和贵州花溪以及河南豫西。

3.2 研究学科分析

与遗迹化石有关的学科主要是地质学、生物学、石油天然气工业及其交叉学科(图6),其中和地质学、生物学的融合最密切,近些年还拓展到海洋学、矿业工程学、自然地理学等领域。

图6 遗迹化石研究的学科分布

遗迹化石作为反映生物和环境事件的独特材料,能够在研究环境的发展过程与机制中发挥重要作用(胡斌等,2021)。因此,遗迹学在事件沉积判识或沉积间断面成因分析等方面具有重要的应用价值。吴贤涛等(2013)对常见事件沉积的环境位置、沉积学和遗迹学标志以及沉积间断时限推测进行了归纳和总结,指出了事件间歇期的遗迹学标志和代表性的遗迹化石。

遗迹化石在油气地质勘探中也有重要作用(唐祥华,1987)。通过对遗迹化石、遗迹组合和遗迹相的研究来判识沉积环境,进而通过沉积相控理论确定烃源岩与储集层的分布规律;另一方面是通过对生物扰动构造或遗迹组构的研究来精细表征油气储集层的物性特征。近些年来,我国学者在遗迹组构影响储集物性方面做了大量的工作,并取得了许多新成果。牛永斌等(2008)、杨伟芳等(2010)、林世国等(2012)学者分别在柴达木盆地南缘、塔里木盆地、四川盆地等区域开展了生物扰动与储集性能相关性的研究。研究认为表明,生物扰动强度与储层物性呈正相关,造成这种现象的原因是生物扰动可以提高岩石的均质性和岩石颗粒的分选性。

遗迹化石逐步与各学科结合,发展出新的研究方向。龚一鸣等(1991)将遗迹化石和拓扑学联系起来,对遗迹化石的分类单位进行了简化,且剖面上遗迹群落的拓扑构成由多到少或由简单到复杂的系统变化是沉积环境条件系统变化的反映。黄徳林等(2005),提出古生物化石与地质遗迹保护对于可持续发展具有重要意义,应该完善保护古生物化石及地质遗迹的刑事立法,切实保护古生物化石与地质遗迹。牛永斌(2007)将遗迹化石和VRGIS进行结合,对研究区地层进行三维建模,综合遗迹化石、岩性等物化资料,模拟了三维地层的取芯情况,杨栎等(2020)用ArcGIS10.0实现对化石遗迹点的空间分布模式及特征的分析,为划定遗迹保护区界限范围提供决策。

4 结论和展望

文章基于CiteSpace知识图谱对遗迹化石相关领域研究的知识图谱结构进行分析,识别遗迹化石研究的热点、研究的核心作者群、主要研究机构以及重要载文期刊,以清晰地把握遗迹化石相关领域的研究现状。通过对1956～2022年中文核心期刊的遗迹化石相关论文的分析。国内致力于遗迹化石研究的主要作者有胡斌、齐永安、龚一鸣、杨式溥、张立军等,并且中国遗迹化石研究处于“部分集中,整体分散”的状态,各研究团队之间互引关系较弱,学术交流有待加强,常见的研究团队通常是由同一机构的作者组成;所有发文机构中河南理工大学是遗迹化石领域发文最多的机构,其次是中国地质大学(武汉)和成都理工大学,遗迹化石的研究机构主要集中在华中地区;从期刊发文量上来看,《沉积学报》是遗迹化石相关研究载文量最多的期刊,《古地理学报》、《地球科学》、《地质论评》以及《科学通报》则是载文核心期刊。对关键词进行识别分析发现“古近系”、“济阳坳陷”和“东营坳陷”;“三叠纪”、“化石遗迹”和“岩石地层”;“寒武系”、“古环境”和“遗迹组合”等是出现频率较高的关键词。我国遗迹化石的研究主要以国家层面的基金资助为主,占到73.30%。我国遗迹化石研究热点表现出由贵州、新疆到河南、四川转变的趋势,造成这种转变的原因一方面是地质条件,另一方面是受当地的高等院校以及研究所拥有较多学者的影响。

中国寒武系的遗迹化石研究主要集中在河南省、云南省和贵州省境内;奥陶系、志留系和泥盆系中的遗迹化石研究主要集中在贵州、陕西、新疆塔里木盆地、准噶尔盆地、湖南等地。石炭系—二叠系主要集中在新疆准噶尔盆地西北部、柴达木盆地南缘等地;三叠系主要集中在扬子地区。

传统的遗迹化石研究视角下,寒武纪遗迹化石研究、陆相遗迹化石及其古环境研究、遗迹化石在层序地层研究中的应用等方面是仍是国内遗迹化石研究领域的主要热点方向。然而国际和国内形势的变化对遗迹化石研究提出了新的命题与发展空间,今后遗迹化石研究应该重点关注以下方面:

(1)加强遗迹学人才和团队培育:21世纪研究型学校、研究团队和研究领域的形成,不仅需要研究人员个人的自由协作,还需要行业和国家层面的高水平发展和规划。因此,在现有的人才资源和研究成果的基础上,行业和国家层面上推动和提供稳定的支持,对于在国际上发展具有中国特色的遗迹学研究团队和领域至关重要。

(2)加强遗迹化石与多学科结合研究:将遗迹化石和其他学科相结合,拓展遗迹化石的研究手段,这也是今后应进一步努力工作的方向。自2017～2022年,我国学者先后在陕西铜川、黑龙江海伦大峡谷、重庆嘉陵江西山坪桃花村、陕西安塞油区、山东省诸城市等地发现了遗迹化石,这些地方也可以作为今后遗迹化石的研究区。

致谢：感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持。