中國基性巖研究概況、熱點(diǎn)及趨勢
——基于Web of Science的知識圖譜分析

廖 帥,劉希軍,覃顯著,李政林,張治國,丁姍姍,文雅倩

(1.桂林理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院;b.有色及貴金屬隱伏礦床勘查教育部工程研究中心,廣西 桂林 541006;2.澳門城市大學(xué) 商學(xué)院,澳門 00853)

基性巖類(basic rock),常見巖石類型有玄武巖、輝長巖、輝綠巖,其中蛇綠巖是包含了基性巖和超基性巖的巖石組合,在中國分布十分廣泛[1]。國內(nèi)對于基性巖的研究始于20世紀(jì)30年代,基性巖的研究對理解構(gòu)造演化、巖石圈作用、區(qū)域構(gòu)造背景等方面具有重要意義。

集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)的文獻(xiàn)計量學(xué)對分析某一學(xué)科的發(fā)展歷程和研究熱點(diǎn)具有很好的指示作用[2]。 采用普遍認(rèn)可的可視化文獻(xiàn)計量軟件CiteSpace對“Web of Science核心合集” (簡稱WOS)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)計量學(xué)研究, 可以很好地追蹤某一研究領(lǐng)域的研究發(fā)展趨勢, 通過對該領(lǐng)域的研究概況、 熱點(diǎn)問題和趨勢進(jìn)行分析梳理, 可為國內(nèi)相關(guān)研究提供借鑒和參考。

1 數(shù)據(jù)來源和研究工具

1.1 數(shù)據(jù)來源

為保證原始數(shù)據(jù)的全面可靠性, 本文選取的WOS是獲取全球?qū)W術(shù)信息的重要數(shù)據(jù)庫, 權(quán)威性和重要性得到了學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可, 基本涵蓋了發(fā)表的有關(guān)中國(包括23個省, 5個自治區(qū), 4個直轄市和2個特別行政區(qū))基性巖國際研究相關(guān)文獻(xiàn)的大部分權(quán)威學(xué)術(shù)刊物。 在WOS中選擇“Web of Science 核心合集”, 以“mafic rock” “basic rock” “diabase”“ophiolite” “gabbro”“basalt”和“China”為主題詞進(jìn)行檢索, 時間跨度為“所有年份”, 在檢索中的文獻(xiàn)中將學(xué)科類別限定為“Geosciences Multidisciplinary”(地球科學(xué)多學(xué)科)、 “Geochemistry Geophysics”(地球化學(xué)地球物理)、 “Geology”(地質(zhì)學(xué))和“Mineralogy”(礦物學(xué)), 文獻(xiàn)類型選擇“Article”(論文)和“Proceedings Paper”(會議論文),人工刪除不相關(guān)的文獻(xiàn)后最終得到文獻(xiàn)2 759篇,WOS數(shù)據(jù)庫更新日期為2019年12月,導(dǎo)出并將記錄內(nèi)容為“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”的檢索結(jié)果。

1.2 研究工具與方法

CiteSpace是美國雷德賽爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的陳超美博士與大連理工大學(xué)的WISE實驗室聯(lián)合開發(fā)的科學(xué)文獻(xiàn)分析工具, 主要對特定領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計量, 以探尋出相應(yīng)學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 本文應(yīng)用CiteSpace 5.5.R2版本,在CiteSpace中新項目(new projects)數(shù)據(jù)來源(data source)選擇WOS, 其余均設(shè)置為默認(rèn)值, 時間分割(years per slice)設(shè)置為1 年, 起止時間設(shè)定為1986—2019。 閾值(thresholds)是同時對節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)和關(guān)系強(qiáng)度的篩選, 使用默認(rèn)值即某個項目(item)出現(xiàn)的次數(shù)不低于2次, 兩個項目(item)之間的共現(xiàn)次數(shù)最低為2, 并且滿足標(biāo)準(zhǔn)化后的余弦標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度不小于0.2; topN為50(最后計算節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的總和); 因為數(shù)據(jù)對象較多, 所以選擇Pathfinder Netword(PFNET, 尋徑網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行剪裁,依據(jù)三角不等式原則在鄰近的網(wǎng)絡(luò)中選取顯著的關(guān)系;通過發(fā)文作者、機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)分析、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析、共被引分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、時間序列分析等多項功能對中國地區(qū)基性巖研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)和趨勢進(jìn)行可視化分析。

2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

2.1 研究概況

2.1.1 發(fā)文時間、 期刊和發(fā)文量 某些論文刊發(fā)數(shù)量的變化可以直觀地看到某研究領(lǐng)域在特定時間段內(nèi)研究熱度的變化, 是衡量該學(xué)科在該時間段內(nèi)發(fā)展態(tài)勢的重要指標(biāo), 對分析發(fā)展動態(tài)和預(yù)測未來趨勢具有重要的意義。 在WOS所包含的國際期刊中, 中國基性巖研究的年度發(fā)文數(shù)量情況如圖1所示。 從文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量上來看, 關(guān)于中國基性巖的研究從1998年第一次發(fā)表在《Mantle Dynamics and Plate Interactions in East Asia》開始, 中國基性巖的研究成果逐步出現(xiàn)在國際權(quán)威期刊上, 而且基本保持逐年穩(wěn)步增長的態(tài)勢(2007年發(fā)文量首次突破100篇, 2015年突破200篇, 2018年更是高達(dá)288篇), 說明對于中國基性巖的研究已經(jīng)屬于“成熟期”,具有較高的研究價值(由于本文于2019年12月中旬完成樣本搜集工作, 統(tǒng)計數(shù)據(jù)中沒有收錄2019年的全部文獻(xiàn), 故2019年文獻(xiàn)數(shù)量的減少不具統(tǒng)計學(xué)意義)。

圖1 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究的發(fā)文數(shù)量情況(1998—2019年)Fig.1 Number of published papers on basic rock research in China in WOS database (1998-2019)

在發(fā)文期刊上, 表1列出了WOS數(shù)據(jù)庫中關(guān)于中國基性巖研究領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量前10的期刊, 其中《Acta Petrologica Sinica》 《Lithos》 《Journal of Asian Earth Sciences》3種期刊所刊載的文章數(shù)量較多, 其發(fā)文量共占比41.7%, 屬于該研究領(lǐng)域相關(guān)度最高的期刊, 綜合影響力較強(qiáng)， 并且其中有6種期刊的近三年平均影響因子大于3, 表明國際知名專業(yè)對該領(lǐng)域的研究表現(xiàn)出較為濃厚的興趣。

表1 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究領(lǐng)域主要發(fā)文期刊Table 1 Main journals in the field of basic rock research in China in WOS database

2.1.2 發(fā)文作者、機(jī)構(gòu)和地區(qū) 研究者及其社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)是一個研究領(lǐng)域的重要要素, 通過對中國基性巖地研究發(fā)文作者、 機(jī)構(gòu)和國家的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析可知, 該領(lǐng)域合作密切的學(xué)者,并探索其學(xué)術(shù)研究的團(tuán)隊效應(yīng)和研究力量。CiteSpace對2 759篇文獻(xiàn)運(yùn)算得出623個節(jié)點(diǎn)和1 984條節(jié)點(diǎn)連線,得到中國基性巖研究力量的網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)圖譜(圖2), 圖譜中的每個節(jié)點(diǎn)代表一位發(fā)文作者和機(jī)構(gòu), 節(jié)點(diǎn)越大表示該作者發(fā)文越多, 節(jié)點(diǎn)間的連接代表作者間的合作， 年輪的大小代表引文出現(xiàn)的頻次, 年輪越大代表頻次越大[3]。 結(jié)合主要合作作者、 機(jī)構(gòu)和地區(qū)(表2), 可以發(fā)現(xiàn)該研究領(lǐng)域的主要力量。 中國處在合作網(wǎng)絡(luò)的中心位置, 所占的圈層最大, 發(fā)文量也遙遙領(lǐng)先其他國家和地區(qū), 其次是澳大利亞、美國、 日本、 加拿大、 英國、 德國、 俄羅斯、 印度、 韓國和法國, 各個國家之間的研究相互有聯(lián)系, 在中國基性巖研究上形成了比較好的國際合作關(guān)系。

表2 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖地球化學(xué)研究領(lǐng)域主要合作作者、 機(jī)構(gòu)和地區(qū)(前10)Table 2 Main co-authors, institutions and regions in the field of basic rock geochemistry research in China in WOS database(top 10)

圖2 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究力量網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)圖譜Fig.2 Co-occurrence map of basic rock research network in China in WOS database

在研究機(jī)構(gòu)當(dāng)中,Chinese Academy of Sciences(中國科學(xué)院)及其下屬的各研究院所(校)形成的圈層最大, 署名發(fā)文量占到總發(fā)文量的半數(shù)以上, 說明其在該研究領(lǐng)域的研究實力較強(qiáng)并具有比較強(qiáng)的國際影響力。China University of Geosciences(中國地質(zhì)大學(xué))、 Chinese Academy of Geological Sciences(中國地質(zhì)科學(xué)院)、 Peking University(北京大學(xué))、 The University of Hong Kong(香港大學(xué))和Nanjing University(南京大學(xué))在該領(lǐng)域的發(fā)文量也較多, 均達(dá)到了150篇以上， 具有一定的研究實力和影響力。 在國外的研究機(jī)構(gòu)中署名發(fā)文量排名前三的是The University of Adelaide(澳大利亞阿德萊德大學(xué))、 Russian Academy of Sciences(俄羅斯科學(xué)院)和Kochi University(日本高知大學(xué)), 分別為48、 32和30篇, 也具有一定的研究基礎(chǔ)。

從圖2可以看到， 發(fā)文作者整個網(wǎng)絡(luò)基本呈現(xiàn)出核心-邊緣結(jié)構(gòu), 其中Santosh M、 Xiao W J、 Zhou M F和Xu Y G發(fā)文數(shù)量達(dá)到了50篇以上，是圖中最為顯著的節(jié)點(diǎn), 核心部分之外是許多研究小組或獨(dú)立的發(fā)文作者形成的外圍圈層,說明中國基性巖研究已經(jīng)形成了數(shù)個團(tuán)隊效應(yīng)較為顯著且研究成果突出的典型作者群。

2.2 研究基礎(chǔ)、熱點(diǎn)與趨勢

2.2.1 研究基礎(chǔ)和熱點(diǎn) 引文分析是文獻(xiàn)共被引及其耦合分析的基礎(chǔ), 共被引網(wǎng)絡(luò)演化圖譜可以反映文獻(xiàn)間存在的共被引關(guān)系, 對現(xiàn)有成果的知識基礎(chǔ)進(jìn)行研究, 通過對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的研究和分析可以挖掘出知識圖譜所表征的核心信息[4]。 因此， 通過中國基性巖研究文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜, 可以更加準(zhǔn)確地了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。

在圖3中, 最大的節(jié)點(diǎn)是Rudnick R L等[5]2014年在《Treatise on Geochemistry》發(fā)表的《Composition of the continental crust》一文, 其共被引頻次最高達(dá)到254次, 表明該文獻(xiàn)的研究內(nèi)容可能受到了廣大學(xué)者的認(rèn)可。聚類后可以看到的共被引網(wǎng)絡(luò)的主要研究內(nèi)容為大火成巖省、峨眉山玄武巖、大陸新生代玄武巖、庫地蛇綠巖、古生代大地構(gòu)造和相關(guān)巖漿作用等。通過結(jié)合梳理WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究共被引量最高的前10篇熱點(diǎn)文獻(xiàn)(表3),研究人員在今后的研究中可以更快速地了解中國基性巖研究的知識概況。

圖3 中國基性巖研究文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.3 Co-citation network cluster maps of basic rock research literature in China

表3 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究共被引文獻(xiàn)(前10 )Table 3 Co-cited references on study of basic rock in China in WOS database (top 10)

高被引頻次反映了論文影響力, 因此其數(shù)量也成為衡量學(xué)科影響力的重要指標(biāo)之一, 表明論文具有創(chuàng)新性和重要性。 通過對WOS數(shù)據(jù)庫中該研究領(lǐng)域前10篇高被引文獻(xiàn)(表4)進(jìn)行分析, 有助于研究人員掌握該領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)和了解研究方向。

表4 WOS數(shù)據(jù)庫中國基性巖研究高被引文獻(xiàn)(前10)Table 4 High citation on study of basic rock in China in WOS database(top 10)

在共被引文獻(xiàn)和高被引文獻(xiàn)中, 主要圍繞地殼組成、 同位素特征、 造山帶作用、地幔柱成因等方面進(jìn)行了研究, 并產(chǎn)生了部分開拓性的構(gòu)想和創(chuàng)新的理論。 其中Xiao W J的多篇文獻(xiàn)進(jìn)入高被引文獻(xiàn)和共被引文獻(xiàn)中, 并且其2008年發(fā)表的《Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of Northern Xinjiang, NW China: implications for the tectonic evolution of central Asia》, 既屬于高被引文獻(xiàn)，也屬于共被引文獻(xiàn), 表明其在該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)較強(qiáng), Xiao W J在中國西北造山帶開展系統(tǒng)研究，從事沉積大地構(gòu)造學(xué)和基性巖研究，部分研究成果獲得了該領(lǐng)域?qū)W者的認(rèn)同。

熱點(diǎn)主題是科學(xué)計量文獻(xiàn)中引文和共被引的知識軌跡,可以科學(xué)計量該領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)。從數(shù)據(jù)分析角度,聚類是根據(jù)某種相似程度的度量將分類對象進(jìn)行分類,通過關(guān)鍵詞聚類,使得在中國基性巖研究的熱點(diǎn)更加清晰[4]。

在中國基性巖研究關(guān)鍵詞聚類圖譜(圖4)中, 每個節(jié)點(diǎn)代表一個關(guān)鍵詞, 節(jié)點(diǎn)越大表明關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率越高, 連線越多則表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)的次數(shù)越多, 連線的粗細(xì)與其聯(lián)系的緊密程度成正比[4]?？梢钥吹? tectonics(構(gòu)造地質(zhì)學(xué))、 peridotite xenolith(橄欖巖捕虜體)、 Emeishan large igneous province(峨眉山大火成巖省)、 Central Asian Orogenic Belt(中亞造山帶)、 Neoproterozoic(新元古代)、 podiform chromitite(豆莢狀鉻鐵礦)、 Ar40/Ar39dating、 eclogite(榴輝巖)、 Guadalupian(瓜德魯普統(tǒng))和suture line(縫合帶)為中國基性巖研究的主要熱點(diǎn)主題區(qū)域。 其中trace element(微量元素)的詞頻最高,為638次,geochemistry(地球化學(xué))、 volcanic rock(火山巖)、 tectonic evolution(構(gòu)造演化)、 evolution(演化)的詞頻大于300,其表征的研究內(nèi)容基本能涵蓋中國基性巖研究的熱點(diǎn)和方向。

圖4 中國基性巖研究關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig.4 Keyword cluster map of basic rock research in China

2.2.2 研究趨勢 關(guān)鍵詞時區(qū)演化圖譜反映出不同時間段中國基性巖研究的發(fā)展脈絡(luò)。突發(fā)性主題詞是一個變量的值在短期內(nèi)有很大變化，表示在一段時期內(nèi)該研究主題受到了高度關(guān)注。通過探索突現(xiàn)主題詞的演變路徑可以在一定程度上揭示某個研究領(lǐng)域主題的發(fā)展趨勢,并挖掘潛在的、有價值的研究方向[23]。

在CiteSpace中的Timeline視圖中,相同聚類的文獻(xiàn)被放置在同一水平線上,文獻(xiàn)的時間置于最上方,在時間視圖中可以清晰地看到各個聚類中文獻(xiàn)數(shù)量情況,文獻(xiàn)越多代表得到的聚類領(lǐng)域越重要,并且根據(jù)各類文獻(xiàn)的時間跨度,進(jìn)一步反映出聚類所關(guān)注的時間特征[24]; 通過關(guān)鍵詞時區(qū)軸網(wǎng)絡(luò)圖譜(圖5)和中國基性巖研究關(guān)鍵詞突發(fā)性年份分布圖(表5～7)可以反映中國基性巖分布區(qū)作為研究熱點(diǎn)隨時間的空間變化情況, 基于關(guān)鍵詞詞頻和突現(xiàn)強(qiáng)度, 將其分為巖石類型、大地構(gòu)造位置以及區(qū)域特征三類對其進(jìn)行演化研究。

圖5 中國基性巖研究關(guān)鍵詞時區(qū)軸網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.5 Keyword time zone axis network map of basic rock research in China

表5 關(guān)鍵詞(巖石類型)突發(fā)性年份分布Table 5 Particular years of keywords distribution(rock type)

表6 關(guān)鍵詞(大地構(gòu)造位置)突發(fā)性年份分布Table 6 Particular years of keywords distribution(geotectonic location)

表7 關(guān)鍵詞(研究區(qū)域)突發(fā)性年份分布Table 7 Particular years of keywords distribution(study area)

巖石類型研究熱點(diǎn)隨時間變化情況(表5): 中國基性巖主要研究對象為玄武巖和蛇綠巖,并從早期的普通玄武巖(2000—2005年)、 蛇綠巖(2006—2010年)轉(zhuǎn)變到“峨眉山溢流玄武巖”(2011—2015年)及最新的賀根山蛇綠巖(2015—2019年),反映出研究人員對特定巖石的成因意義越來越重視。

大地構(gòu)造位置熱點(diǎn)隨時間變化情況(表6): 中國基性巖的主要產(chǎn)出位置為克拉通、造山帶以及大火成巖省, 并從早期克拉通(2000—2010年)、 造山帶(2011—2015年)轉(zhuǎn)變到對“大火成巖省”(2016年—)及俯沖帶的研究。

研究區(qū)域熱點(diǎn)隨時間變化情況(表7): 通過對基性巖研究區(qū)域熱點(diǎn)演化可以發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域研究熱度的差異,例如關(guān)鍵詞“東天山”的詞頻為76次, 遠(yuǎn)高于“西天山”的22次, 顯示出東天山的地質(zhì)構(gòu)造更受研究者關(guān)注。 中國基性巖的研究區(qū)域從早期“中國東部”(2000—2004年)到“新疆”(2005—2010年), 再到“天山地區(qū)”(2010—2014年),最新的研究熱點(diǎn)區(qū)域為“中國西南部”(2013年—)和“中國北部”(2016年—),研究范圍基本涵蓋了中國所有重要的基性巖分布和研究區(qū)域。

綜上,表5至表7同時反映出各巖石類型、大地構(gòu)造產(chǎn)出位置以及研究區(qū)域之間的關(guān)聯(lián),可以發(fā)現(xiàn),較新的基性巖研究熱點(diǎn)為中國西南地區(qū)產(chǎn)出于大火成巖省的峨眉山大陸溢流玄武巖, 并且清楚地展現(xiàn)出了中國基性巖研究的熱點(diǎn)和研究趨勢的演變。研究人員可以根據(jù)各時期的研究熱點(diǎn)、大地構(gòu)造產(chǎn)出位置和研究區(qū)域特征進(jìn)行針對性的文獻(xiàn)檢索和學(xué)習(xí),有助于更高效聚焦相關(guān)研究成果,發(fā)現(xiàn)研究可能存在“盲區(qū)”,拓展新的研究方向,從而不斷完善和豐富中國基性巖的研究成果。

3 結(jié)束語

本文以“WOS核心合集”為數(shù)據(jù)源,應(yīng)用科學(xué)計量工具CiteSpace繪制了中國基性巖研究的知識圖譜,對該研究領(lǐng)域的發(fā)文特征、研究力量、知識基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)和研究趨勢等進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明:

(1)中國的研究機(jī)構(gòu)是研究中國基性巖的最主要力量,發(fā)文數(shù)量處于領(lǐng)先地位,已經(jīng)形成了數(shù)個團(tuán)隊效應(yīng)較為顯著且研究成果突出的典型作者群,但是國際合作還要進(jìn)一步加強(qiáng)。

(2)中國基性巖研究領(lǐng)域整體活躍度較高,可以概況分為巖石類型、大地構(gòu)造位置以及區(qū)域特征三類,并且新的研究熱點(diǎn)也不斷涌現(xiàn)。

(3)華北克拉通(North China craton)、 大火成巖省(large igneous province)、 大陸地殼(continental crust)、 中亞造山帶(Central Asian Orogenic Belt)、 構(gòu)造演化(tectonic evolution)、 巖石成因(petrogenesis)等關(guān)鍵詞為熱點(diǎn)的研究主題,這與目前國際上基性巖研究熱點(diǎn)主題是一致的。

(4)該研究領(lǐng)域熱點(diǎn)關(guān)鍵詞從20世紀(jì)初的isotopic evidence(同位素證據(jù))、 petrology(巖石學(xué))、 magmatism(巖漿作用)這類基礎(chǔ)性研究的關(guān)鍵詞, 經(jīng)過10年左右時間演變?yōu)間abbro(輝長巖)、 Carboniferous volcanic rock (石炭紀(jì)火山巖)、 break up(斷裂)和plume lithosphere interaction(巖石圈相互作用), 再到近幾年研究的back-arc basin(弧后盆地)、 isotopic composition(同位素組成)、 mafic-ultramafic intrusion(鎂鐵質(zhì)超基性侵入巖)、 Hf isotope(Hf同位素)和subduction initiation(初始俯沖),可以發(fā)現(xiàn)，中國基性巖的研究聚焦在更加清晰的地質(zhì)問題和專業(yè)科學(xué)的測試方法上,形成了更為科學(xué)系統(tǒng)的同位素分析方法,推動了地質(zhì)研究的“量化”發(fā)展,提出了更為合理的地質(zhì)構(gòu)造演化過程和區(qū)域特征。