《2022研究前沿》发布

地球科学前沿解读

2022 年 12 月27日上午9点，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安（Clarivate analytics）在线举办“2022研究前沿发布暨研讨会”，联合发布《2022 研究前沿》报告。

发布会宣传海报

背景和2022研究前沿遴选结果

《2022 研究前沿》报告基于 2016—2021 年发表的论文数据（数据下载时间为 2022 年 3 月），利用文献计量学中的共被引分析方法，以科睿唯安 Essential Science IndicatorsTM（ESI）数据库中的12610个研究前沿为起点，遴选出 2022 年自然科学和社会科学的 11 个大学科领域（农业科学、植物学和动物学，生态与环境科学，地球科学，临床医学，生物科学，化学与材料科学，物理学，天文学与天体物理学，数学，信息科学，经济学、心理学及其他社会科学）较为活跃或发展迅速的165个研究前沿（ 包括110 个热点前沿和 55 个新兴前沿），并对 33 个重点研究前沿进行了解读，同时评估中国、美国、英国、德国、法国和日本等国家在诸多前沿的贡献和潜在发展水平。经科技领域专家、政策专家和战略情报专家的进一步综合分析研判，揭示出这 165 个研究前沿及其核心论文和施引论文所表征的科学研究 8 个整体趋势特点，以及 11 个大学科领域的近期发展趋势和重点研究问题。

在《研究前沿》报告中，定义一个被称作研究前沿的专业领域的方法，源自于科学研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可能来自于实验数据，也可能来自于研究方法，或者概念和假设，并反映在研究人员在论文中引用其他同行的工作这一学术行为之中。通过持续跟踪全球最重要的科研和学术论文，研究分析论文被引用的模式和聚类，特别是成簇的高被引论文频繁地共同被引用的情况，可以发现研究前沿。当一簇高被引论文共同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性时，就形成一个研究前沿。

研究前沿的分析提供了一个独特的视角来揭示科学研究的脉络。研究前沿的分析不依赖于对文献的人工标引和分类，而是基于研究人员的相互引用而形成的知识之间和人之间的联络。通过对该研究前沿的施引论文的分析，可以发现该领域的最新进展和发展方向。

以下主要针对地球科学领域2022研究前沿进行解读分析：

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地球科学领域热点前沿及重点热点前沿解读

1.1 地球科学领域Top10热点前沿发展态势

地球科学领域 Top 10 热点前沿中有 6 个属于地质学相关研究，3个地理学研究和 1 个大气科学相关研究方向。放射性碳测年技术首次入围，凸显地球科学研究测试技术的重大进步。利用航天器对地外天体开展原位探测和采样返回分析相关主题自 2017 年起已经连续 6 年入选，体现出学术界对行星科学的持续关注和研究热情，值得注意的是，2022 年小行星取代火星成为最受关注的探测对象。从地球系统科学视角开展气候变化相关研究持续升温，基于多种地球系统模型的气候敏感性评估以及南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响研究连年上榜。华北克拉通金矿床时空演化与构造环境研究、天然气水合物成藏机制与开采技术进展等亦多年入选，再次印证地球科学为人类认知和利用地球作出源头贡献。

地球科学领域 Top 10 热点前沿

地球科学领域 Top 10 热点前沿的施引论文

1.2 重点热点前沿

——“放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用”

放射性碳测年又称为碳 14 测年、碳 14 年代测定法或放射性碳定年等，是根据自然存在的碳 14同位素的衰变程度来确定样品的年代的一种测量方法。1940 年代，放射性碳测年法由 Willard Frank Libby 发明，后者因此获得 1960 年诺贝尔化学奖。半个多世纪以来，作为一项强大可靠的科学研究手段，放射性碳测年技术在考古学、地质学、地球物理学以及其他学科得到广泛应用。随着科学家不断获得新的数据以及我们对地球系统的理解不断加深，放射性碳测年技术持续发展。2020 年公布的更新版放射性碳测年校正曲线引发广泛关注，未来可能对人类精确认知自然和自身的发展历史产生深远影响。

本热点前沿包括 10 篇核心论文，分别聚焦最新的放射性碳测年校正曲线研究，放射性碳测年数据集分析，以及放射性碳测年技术在多个领域的最新应用探索。新一代校正曲线无疑最吸引眼球。2020 年8 月份的《放射性碳》(Radiocarbon)特刊公布了备受期待的新一代放射性碳测年校正曲线，包括适用于北半球的 IntCal20 校正曲线、适用于海洋的 MARINE20 校正曲线、适用于南半球的 SHCal20 校正曲线。围绕三条校正曲线研究的核心论文分别由英国贝尔法斯特女王大学的Reimer PJ、英国谢菲尔德大学的Heaton TJ、澳大利亚新南威尔士大学和新西兰怀卡托大学的 Hogg AG领衔完成，相关研究囊括了大量新数据，曲线可校正的年代上限拓展到迄今约 55000 年，利用贝叶斯样条等新的统计方法显著改进了校正曲线的结构，提高了数据集之间的一致性，总体不确定性降低。新的校正曲线在科技界引发巨大轰动，后继基于新曲线的研究工作有望取得突破性的新发现。

在近年飞速发展的统计和计算技术的推动下，放射性碳测年数据集的分析方法也得以快速迭代提升。英国牛津大学的 Ramsey CB比较了贝叶斯模型中的多种方法，结果发现核密度分析表现突出，适用于广泛的定年应用。英国剑桥大学的 Crema ER 和伦敦大学学院的Bevan A 开发了一个用于 R 统计计算语言的开放源码软件包，有望优化未来的大型放射性碳测年数据集的分析。

不断更新的数据集和校正曲线进一步推动了人口与气候变化等前沿研究课题，包括人口动态和气候趋势，海洋储层研究，以及史前人口统计学，农业发展与人口增长等。

“放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用” 研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线

热点前沿“放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用”核心论文 Top 产出国家和机构中，英、美、德、日、法等科技强国云集，英国排名第一，贡献了 80% 的核心论文，领衔和参与相关研究的机构包括牛津大学、剑桥大学、谢菲尔德大学、伦敦大学学院、贝尔法斯特女王大学等。中国的西安交通大学参与一篇核心论文的研究工作。

“放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构

从施引论文的角度看，美国超过英国排名第一，英国、德国次之。在 Top 施引论文产出机构中，法国国家科学研究中心排名第一，俄罗斯科学院、剑桥大学、牛津大学位列其后，中国科学院排名第五。

“放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构

1.3 重点热点前沿

——“小行星地表特征和成分分析”

小行星是指围绕太阳运行，体积和质量比行星和矮行星小，且不易释放出气体和尘埃的天体。小行星在太阳系中分布广泛，被认为保存着太阳系形成与演化的关键信息。小行星表面存在最广泛的地貌特征就是撞击坑，由于大多数的小行星都是“碎石堆”结构，通过分析撞击坑的溅射毯，可以获取小行星密度和撞击年代信息。研究小行星地表风化层及表面裸露的石块，可以获取关于小行星内部物质及其母体性质等较为原始的信息，不同颜色与形态的岩石也能表征小行星表面物质的不同来源或演化过程。

早期的小行星探测主要以飞掠探测为主，随着科技的发展，对小行星的原位观测和采样探测也逐步展开。日本的“隼鸟 2 号”于2014 年发射，2019 年成功完成对小行星“龙宫”的触地撞击并进行采样，这是人类首次在小行星上成功完成多次着陆采样，并首次采集到次表层地下样品。2020 年 12 月，“隼鸟 2 号”携带样品着陆地球。美国的“起源 - 光谱分析 - 资源识别 - 安全 - 风化层探测器”于 2016年发射，旨在对小行星“贝努”进行采样探测，并计划于 2023 年返回地球，这也是美国首个小行星采样返回计划。

本热点前沿的 12 篇核心论文，主要聚焦两个探测器对“龙宫”、“贝努”两颗小行星的初步探测结果，分析其地貌特征、地表成分和热特性，揭示有关两颗小行星的陨坑和地形的详细信息。2017 年 8 月发表在《空间科学评论 》(Space Science Reviews) 上 的“OSIRIS-REx: sample return from asteroid (101955) Bennu”综述论文，由“起源 - 光谱分析 - 资源识别 - 安全 - 风化层探测器”首席研究员、美国亚利桑那大学行星科学家 Dante Lauretta 领衔完成，论文详细描述了任务的科学目标、科学载荷、地面系统和运行原理。2019年 3 月，Dante Lauretta 主持完成的另一篇发表在《科学》(Science)上 的“The unexpected surface of asteroid (101955) Bennu”研究论文介绍了“起源 - 光谱分析 - 资源识别 - 安全 - 风化层探测器”对小行星“贝努”表面的初步探测结果，将为后续着陆点选择提供支持，相关研究也受到了学界的极大关注。日本名古屋大学和宇宙航空研究开发机构主导的发表在《科学》(Science) 上 的“Hayabusa2 arrives at the carbonaceous asteroid 162173 Ryugu-A spinning top-shaped rubble pile”研究论文展示了“隼鸟 2 号”对小行星“龙宫”形状、质量和地貌的观察结果，通过计算得出其密度较低，拥有“碎石堆”结构，小行星陀螺状的成因可能是经历过 2倍于当前自转速度的时期。

“小行星地表特征和成分分析”研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线

从下表可以看出，美国、法国和日本分列核心论文 Top 产出国家前三位，其中美国和日本分别主导“起源 - 光谱分析 - 资源识别 - 安全 -风化层探测器”和“隼鸟 2 号”的研发，同时根据法国空间局披露，法国是唯一参与“龙宫”样本分析的合作国。核心论文 Top 产出机构也全部来自这 3 个国家，包括约翰·霍普金斯大学、法国国家科学研究中心、名古屋大学、美国国家航空航天局和日本宇宙航空研究开发机构等，且这些机构彼此之间合作紧密，凸显任务主导国和核心参与国及相关机构在基础研究中引领概念设计、掌握一手数据、最有希望优先作出原始创新重大成果的优势和可能。

“小行星地表特征和成分分析”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构

分析该热点前沿的施引论文可以看出，美国的施引论文最多，达 317 篇。日本和法国紧随其后，分列第二、三位。Top 施引论文机构也由美、日、法三国的机构占据。

“小行星地表特征和成分分析”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构

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地球科学领域新兴前沿及重点新型前沿解读

2.1 新型前沿概述

地球科学领域有 1 项研究入选新兴前沿，即“埃及苏伊士湾油田储层多尺度表征”。

地球科学领域新兴前沿

2.2 重点新兴前沿解读

——“埃及苏伊士湾油田储层多尺度表征”

埃及苏伊士湾盆地位于苏伊士湾及其沿岸地区，为裂谷型盆地，属红海裂谷未分裂的分支，呈近西北—东南向长条状分布，东西边界为两条较长断裂带，南部与红海相连，是埃及最重要的采油区。据统计，苏伊士湾盆地有上百个油田，蕴藏量占埃及油气资源的 70%，有摩根、拜拉伊姆等海上油田，以及阿布鲁迪斯等陆上油田。2022 年2 月，苏伊士湾拉马丹地区东北部发现一处预估储量达 1 亿桶的新油田，这是过去 20 年来埃及发现的最大的新油田。

储层表征研究是量化油藏特性，识别地质信息和空间变化不确定性的过程。通过研究储层岩石学特征、储层物性、优质储层发育的主控因素以及开发潜力等要素，达到寻找油气富集区和落实剩余油分布的目的。

该新兴前沿共有 9 篇核心论文，内容主要聚焦苏伊士湾十月油田和摩根油田的非常规致密储层表征，基于储层孔隙压力和破裂压力模拟等研究，对油田持续开采具有重要价值。波兰雅盖隆大学和苏伊士湾石油公司合作产出了 8 篇论文，其中 2021 年 2 月发表在《石油科学与工程杂志》(Journal of Petroleum Science and Engineering)上的“Multi-scale characterization of unconventional tight carbonate reservoir: Insights from October oil filed, Gulf of Suez rift basin, Egypt”一文被引频次最高，达 19 次。团队选取苏伊士湾十月油田 OCT-X井的 13 个侧壁岩心样品和 60 个薄片，研究其作为储集岩的岩石物理特征、孔隙结构和成藏潜力。

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地球科学领域2022研究前沿热度指数分析

地球科学领域：美国位列榜首，中国和英国排名接近，法国和德国实力相当。

在地球科学领域，美国的研究前沿热度指数得分16.02，排名第一，远超其他国家。中国得分为10.28，排名第二，与第三名的英国 9.17相差不大。法国和德国分别得分为6.66和5.62，分别排名第四至五名。从下表可以看出，美国在其他6个指标上均排名第一，只在国家施引论文份额上排名第二。

地球科学领域研究前沿热度指数 Top5 国家及其研究前沿热度指数得分、排名和相关文献计量学指标

研究前沿热度指数得分

地球科学领域热点前沿和新兴前沿基本信息

在地球科学领域11个研究前沿中，美国实力超群，在热点前沿 2、3、6、7、9、10 这 6 个前沿的国家研究前沿热度指数得分排名第一，在热点前沿 1 排名第二，在热点前沿 4 和 8 排名第三名，在热点前沿 5 排名第四，在新兴前沿 1 排名第 18 名。中国在热点前沿 5 和8 排名第一，在热点前沿 4 和 7 排名第二，在 5 个前沿排名第六至十名，其他 2 个前沿排名在第 13 和第19 名。

英国在热点前沿 1 上排名第一名，在热点前沿 3排名第二，在热点前沿 6 和 7 排名第三名，在其他 7个前沿排名在第四至八名。法国在热点前沿 2 排名第二，在热点前沿 9 排名第三名，在 6 个前沿排名第四至八名，在其他 3 个前沿排名为第 11-15 名。德国在热点前沿 10 排名第二，在热点前沿 1 和 3 排名第三名，在 6 个前沿排名第七至十名，在热点前沿 9 排名第 12名，在新兴前沿 1 排名第 28 名（见下表）。

地球科学领域研究前沿热度指数 Top5 国家在 11 个前沿中的国家研究前沿热度指数得分和排名

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地球科学领域发展趋势与重点研究问题

4.1 发展趋势

地外天体探测达成新的里程碑，加速形成人类对行星地球形成与演化的新认知。冰川冻土的地球系统变化和新的油气资源探测开采给地球科学提出新问题、新需求。地球科学与其他学科的交叉融合日益频繁，天基观测、大数据、机器学习等新手段、新技术的广泛应用效果凸显。

4.2 重点研究问题

地球科学领域重点研究问题包括：

（1）从地球系统科学视角开展气候变化研究，包括基于多种地球系统模型的气候敏感性评估，以及南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响；

（2）利用轨道器和漫游车探测解析地外天体的形成与演化，例如小行星地表特征和成分分析；

（3）油气矿藏的地质特征、资源潜力和关键开发技术研究；

（4）新一代放射性碳测年技术与应用。

参考文献

1. 中国科学院科技战略咨询研究院，中国科学院文献情报中心，科睿唯安.《2022研究前沿》

2. 中国科学院科技战略咨询研究院，科睿唯安.《2022研究前沿热度指数》

3. 潘教峰, 王海霞，冷伏海, 等. 《2022研究前沿》——11个大学科领域发展趋势与重点研究问题. 中国科学院院刊, 2023, 38(1)

作者：张腾飞/中科院地质地球所图书馆

美编：韩雅彤

校对：江淑敏  周星星（上海海洋大学）