郑德凤 雷得浴 闫成林 沈月强 年廷凯

(①辽宁师范大学， 地理科学学院， 大连 116029， 中国) (②大连理工大学， 海岸和近海工程国家重点实验室， 大连 116024， 中国)

0 引 言

随着资源开发由陆地转向海洋、由浅水进入深水，海洋能源开发正成为世界各国的普遍共识。国际能源署在2012年的世界能源报告(IEA-WEO2012)中明确指出深海资源开发占比将越来越大(Randolph et al.， 2011； 刘杰等， 2018)。各国都意识到海洋是资源能源开发的目标区域，加快海洋资源的勘探开发和能源利用，将助力经济的大发展。

在海洋工程勘探开发和海底设施运营期间，常常遭受到各类海洋地质灾害的破坏甚至危及人类的生命安全，海底滑坡就是其中一种破坏力极大的海洋灾害地质现象(Nian et al.， 2019)。海底滑坡一旦发生，巨大的能量将对影响范围内的海洋油气开采井、海底锚固基础、海底管缆系统(油气管道、海底光缆/电缆)等水下基础设施造成严重的破坏(Urgeles et al.， 2006)，甚至引发海啸，从而给社会经济带来无法估量的损失。为此，全球学者在海底滑坡相关领域做了大量研究工作，如：将原位调查与数值模拟相结合，建立海底滑坡数据库(Vanneste et al.， 2014)； 探究海底滑坡的分类与成因机制，并重点分析天然气水合物分解和水动力触发机制(朱超祁等， 2015)； 将极限分析上限方法与强度折减技术及最优化方法相结合，探讨波浪、地震作用下海底斜坡动力稳定性(霍沿东等， 2019；Zheng et al.， 2019)； 基于有限元强度折减法和极限平衡法的南海北部大陆坡峡谷区海底陡坡稳定性研究(修宗祥等， 2016)； 基于数值模拟的海底滑坡与天然气水合物分解及空间相关性研究(Elger et al.， 2018)； 基于物质点法的海底滑坡运动过程模拟(厉成阳等， 2018)以及滑坡冲击海底管线与防沉板等水下设施模拟等(Dong et al.， 2017， 2020)； 基于计算流体动力学CFD方法的海底滑坡-深水管线耦合作用及防护优化设计等(Nian et al.， 2018; Guo et al.， 2021)。总体上，当前研究覆盖了海底滑坡的触发机制、运动演化过程和冲击水下设施等多个环节。

为了更好地服务海洋工程建设，发展海洋经济和建设海洋强国，本文定量化探究2000～2021年(近20年来)全球学者在海底滑坡领域的相关科研工作，特别是利用文献计量分析方法(郭静芸等， 2018)和可视化技术，深度调查海底滑坡触发机制、运动演化过程和冲击水下基础设施等方面的科研成果，包括科研产出量、全球影响力和研究机构网络特征等，进而揭示海底滑坡领域不同时间段的研究热点和变化规律，为未来深入开展相关研究指明方向。

1 研究方法

本文数据来源于Web of Science(WoS)数据库核心合集，该数据库是进行文献计量分析最全面和可靠度最高的数据库。为全面获取有关海底滑坡研究领域的最新进展与发展趋势，采用的检索步骤为：在WoS核心合集的高级检索中输入：Web of Science分类为submarine landslide*，submarine slide*，seafloor stability， submarine slope stability*。时间范围为2000.01.01～2021.08.31，语言选择为“SCI，SSCI”，文件类型选择为期刊的“Article， Review”，排除其他出版物来源。在以上步骤基础上，对检出的文献进行筛选和统计，共得到海底滑坡研究领域相关文献2002篇。

利用WoS数据库自带的文献计量分析功能对近20年 (2000.01.01～2021.08.31) 发文量、高发文国家等进行了归纳总结和系统分析。本文借助CiteSpace计量工具进行海底滑坡关键词、 国家、 研究机构的网络图谱分析； 获得的可视化图谱可直观反映海底滑坡研究的发展情况、 研究热点以及未来的研究趋势。具体来说， 利用CiteSpace和文献分析手段进行关键词共现分析和影响力分析， 对海底滑坡研究热点和前沿进行探讨。

2 海底滑坡研究特征分析

2.1 海底滑坡领域发表论文数量分析

检索近20年来与海底滑坡有关的文献2002篇并绘制相关图表，图 1显示了2000.1～2021.8论文刊发数量的变化情况，发文量逐年递增，近10年均在百篇以上，且呈快速增长趋势。为了精确分析海底滑坡领域研究随时间的变化和发展趋势，将2000～2021年(跨度22年)划分为3个时间段(2000～2006年， 2007～2013年， 2014～2021年)进行分析(郭静芸等， 2018)。3个阶段总发文量分别为349篇、606篇和1047篇，年均发文量为50篇、87篇和131篇，年均学术论文产出数量呈快速增长态势，这说明海洋资源能源开发与利用已进入快速发展的新时代，各国开始重视海底滑坡等地质灾害对海洋工程带来的潜在影响和风险。

图 1 2000～2021海底滑坡领域相关研究发文量Fig. 1 Research output of submarine landslide from 2000 to 2021

2.2 海底滑坡关键词知识图谱分析

采用CiteSpace对2000～2021年海底滑坡领域研究文献进行关键词共现分析。Time Slicing(时间切片)设置为“2000～2021”、Node Types(节点类型)设置为“Keyword”，通过Pathfinder(寻径网络算法)、Pruning sliced networks(修剪切片网)和Pruning the merged network(修剪合并网)对研究时段内文献进行关键词(热点)演进分析。得到的关键词知识图谱数据量较大，共798个网络节点，彼此之间有相互联系，通过可视化导出海底滑坡研究热点演进的知识图谱，如图 2 所示。

对图 2 显示的2000～2021年2002篇论文标题、摘要、关键词等所有字段中出现的关键词进行分析，发现在海底滑坡研究领域，重点在于解答海底滑坡成因和演化致灾问题，包括如何预测潜在滑坡的发生，如何模拟滑坡的演化过程，如何评估海底滑坡灾害程度以及如何规避损失等。与海底滑坡成因、形成机制有关的关键词有tsunami， earthquake， wave， gas hydrate等； 与海底滑坡运动演化有关的关键词有sediment， evolution， debris flow， mass transport deposit， turbidity current， mechanism， deformation等。

图 2 2000～2021年论文所有字段中出现的关键词Fig. 2 Key words in all fields of papers from 2000 to 2021

2.3 海底滑坡研究的国家分布及其合作关系

分析各国在海底滑坡领域发表论文的多少和研究成果间的合作关系，可以为该领域文献总结和成果积累提供方向，并在一定程度上反映研究领域合作的理论基础和实践价值，更能凸显该领域的研究前沿。图 3显示了2000～2021年海底滑坡Top10高发文量国家分布，美国以总发文量520篇排在第1位，占比26%，英国和中国分别以总发文量305篇和300篇排在第2和第3位，其他国家总发文量均没有超过250篇。美国、英国和中国发文量总占比高达56%，是海底滑坡研究领域的主要发文国家和强有力推进者。

图 3 2000～2021年海底滑坡Top10高发文量国家分布Fig. 3 Top10 countries in product of articles from 2000 to 2021

为了便于比较各个国家发文量随时间的变化，按照图 1 的三阶段分组方式制作了表 1。从表 1 可见， 3个阶段中海底滑坡Top10高发文国家分布在欧洲、亚洲和北美洲。在前2个阶段，美国位于发文量第1； 而第3阶段，中国的发文量超过美国，跃升为第1，这得益于中国提出和实施的“海洋强国”战略，大规模的海洋工程建设和国家对科研工作的大额度经费投入，从而产出了大量的科研论文。挪威3个阶段的发文量排名降幅巨大，分别位列第2、第6和第10； 西班牙的发文量也有一定的下滑，由第5下滑至第8； 加拿大的发文量也从第6下滑至第9； 相反，德国的发文量有了明显的提升，从第1阶段的第8位快速提升至第2、3阶段的第5位； 新西兰在第1阶段(2000～2006年)中位于第10位，而在后两个阶段则退出前10； 第2阶段(2007～2013年)挤入前10位的澳大利亚，在第3阶段(2014～2021年)也退出Top10行列。

表 1 3个阶段海底滑坡Top10高发文量国家分布Table 1 Top10 countries in product of articles in the three period

对2000～2021年海底滑坡领域发文的95个国家及其合作关系进行分析，结果见图 4。图 4中圆圈节点越大表示相应国家发文数量越多，从一个国家发射出去的线条越多表示与其合作的国家越多，线条越粗表示其连接的两个国家间的合作越密切。部分节点外围显示为紫色圈，表示该国家在国家合作中具有较高的中心性。可以明显看出，美国、英国、中国、法国、德国、意大利、西班牙等国家与其他国家的合作较为密切，在海底滑坡领域中承担重要的桥梁纽带作用。与中国有密切合作关系的高发文国家有美国、英国、法国、德国、意大利、挪威、西班牙、加拿大、日本等。

图 4 近20年海底滑坡研究的国家合作网络图Fig. 4 Network visualization map of country co-authorships

2.4 海底滑坡研究机构知识图谱分析

由表 1 可知，美国在海底滑坡领域科研产出较大，占有很大比重； 而中国在此领域的科研产出迅速，是该领域必须重视的对象，因此对两国的研究机构进行分析是把握海底滑坡研究重点和发展趋势不可或缺的部分。

对美国主要海底滑坡研究机构绘制合作图谱(图 5)。图中节点越大表示相应研究机构发文数量越多，一个研究机构发射出去的线条越多表示与其合作的研究机构越多，线条越粗表示其连接的两个研究机构间合作越密切，部分研究机构节点外围显示为紫色圈表示该研究机构在机构合作中具有较高的中心性。可以看出美国的海底滑坡研究机构主要是美国地质调查局(US Geol Survey)、奥瑞冈州立大学(Oregon State Univ)、得克萨斯大学奥斯汀分校(Univ Texas Austin)、罗德岛大学(Univ Rhode Isl)、夏威夷大学(Uuiv Hawaii)、得克萨斯农工大学(Texas A & M Univ)、哥伦比亚大学(Columbia Univ)等； 其中美国地质调查局(US Geol Survey)的科研产出很大，远大于其他研究机构，在海底滑坡研究中占有极大的比重； 其他研究机构科研产出差别不大，这与美国拥有大量的研究机构有关，即使单个机构发文量较少，但其科研产出总量也很大。美国地质调查局(US Geol Survey)、奥瑞冈州立大学(Oregon State Univ)、得克萨斯大学奥斯汀分校(Univ Texas Austin)、得克萨斯农工大学(Texas A & M Univ)、哥伦比亚大学(Columbia Univ)等研究机构在海底滑坡研究领域中具有极其重要的地位，与其他研究机构合作较为密切，承担了重要的纽带作用。

图 5 美国海底滑坡研究机构合作网络图Fig. 5 Institutional collaboration networks of America

分析中国海底滑坡研究机构合作图谱(图 6)，发现中国的海底滑坡研究机构主要是中国科学院(Chinese Acad Sci)、青岛海洋科学与技术国家实验室(Qingdao Natl Lab Marine Sci & Technol)、大连理工大学(Dalian Univ Technol)、中国海洋大学(Ocean Univ China)、中国地质大学(China Univ Geosci)、中央大学(Cent Univ)等； 其中中国科学院(Chinese Acad Sci)的科研产出最大，其他研究机构科研产出势头较好，这得益于国家对海洋能源勘探开发的高度重视和对海洋工作科研投入的大力支持。从节点中心性可以看出中国科学院(Chinese Acad Sci)、青岛海洋科学与技术国家实验室(Qingdao Natl Lab Marine Sci & Technol)、大连理工大学(Dalian Univ Technol)、中国海洋大学(Ocean Univ China)、中央大学(Cent Univ)、台湾大学(Taiwan Univ)等研究机构与国内外的海底滑坡研究机构合作较为密切。

图 6 中国海底滑坡研究机构合作网络图Fig. 6 Institutional collaboration networks of China

3 海底滑坡灾害链各环节分析

海底斜坡在地震、波浪流等触发因素作用下将发生失稳破坏，进而形成海底滑坡，往往经历长距离运动、复杂水-土交换和物理状态演变，最终发展为碎屑流(泥流)、浊流等，并对水下设施(海底锚固基础、油气开采井、海底管缆系统等)造成破坏，形成链式灾害。为深刻认识海底滑坡链式灾害的研究趋势，有必要从海底滑坡触发机制、运动和演化过程、冲击水下基础设施3个环节分别进行分析。

3.1 海底滑坡触发机制分析

对2000～2021年海底滑坡触发机制发文量进行统计分析，共检索到文献1241篇，根据触发机制不同(主要考虑tsunami， wave， earthquake和gas hydrate 4种)绘制了图 7。图 7反映了近20年论文产出情况，各触发机制发文量逐年递增。总体来看，tsunami一直是热度最高的触发机制，且发文量巨大。wave和earthquake热度次之，gas hydrate热度稍低。为了分析近20年海底滑坡触发机制研究随时间的进展和变化，按照图 1 的三阶段分组方式编制出表 2。由表 2 可知， 3个时间段发表tsunami方面的论文量分别为132篇、212篇、391篇，在触发机制中均排名第1，且远高于其他触发机制的发文量。earthquake在第1阶段发文量排名第2，而在后两个阶段则被wave赶超位居第3，但总体差别较小。gas hydrate发文量虽然与其他触发机制之间仍存在较大差距，但总体上呈现增长趋势，特别是最近10年其增长幅度显著。根据此结果判断，未来tsunami这一触发机制仍是各国海底滑坡研究的重点和热点，wave和earthquake方面的研究次之，gas hydrate可能会成为新的快速增长点。

图 7 2000～2021年海底滑坡触发机制研究发文量Fig. 7 Research output on trigger mechanism from 2000 to 2021

表 2 3个阶段海底滑坡触发机制研究发文量Table 2 Research output on trigger mechanism in three periods

图 8 2000～2021年海底滑坡运动演化过程研究发文量Fig. 8 Research output on movement and evolution of submarine landslides from 2000 to 2021

比较分析发现，虽然中国海底滑坡研究起步较晚，但中国学者在海底滑坡领域研究发展势头较好，各触发机制发文量逐年递增，且增长速度较快。在4个主要触发机制中，wave发文量稍高，gas hydrate和tsunami次之，earthquake发文量相对较低，但总体差距均较小，这与全球学者的研究状况有所不同。第2阶段(2007～2013)，我国先后在南海神狐海域实施天然气水合物首次钻探、启动国家973计划“南海天然气水合物富集规律与开采基础研究”(2009年)、天然气水合物资源勘查试采国家专项(2011年)； 在南海珠江口盆地东部海域发现了超千亿立方米级的天然气水合物矿藏(2013年)。天然气水合物的钻探和专项计划的启动使得第2阶段我国学者对gas hydrate的研究出现小爆发现象。第3阶段(2014～2021)，我国继续加大对海域天然气水合物资源的试采工程(2014年)，先后实现海域天然气水合物的第1轮(2017年)和第2轮试采成功(2020年)。此阶段一系列开采工程的推进和国家对海洋能源开发的重大需求，中国学者对gas hydrate的研究热情空前高涨(吴时国等， 2018； 李守定等， 2019， 2020)。另外，我国南海作为地震高发区，在过去50年间共发生3级以上地震931次，强烈频繁的地震活动极易引起海底边坡失稳滑动(Nian et al.， 2019)，从而威胁海洋工程安全。故相关gas hydrate和earthquake两个触发机制方面的研究将会成为持久的快速增长点。

3.2 海底滑坡运动和演化分析

统计2000～2021年海底滑坡的运动演化过程(含运动、演化和沉积3个过程)发文量，共检索到文献1647篇，据此绘制出图 8。分析可见，近20年海底滑坡运动和演化过程方面的论文发文量呈逐年波动递增态势。在运动演化过程中，全球学者更多关注海底滑坡的几何形态及沉积物特性，debris flow热度较高，mass transport deposit和turbidity current研究潜力较大； 沉积物在运动迁移过程中常演变为海底泥流，威胁水下基础设施。为此，更多的学者开展了流变试验，采用数值模拟方法对运动和演化过程进行研究，故evolution和mechanism发文量较多，deformation和behavior等演化过程热度较低； 而sediment作为运动和演化都涉及的过程，发文量遥遥领先。由统计分析结果可知，全球学者对海底滑坡运动和演化过程的研究依旧以sediment、debris flow、evolution和mechanism为主。

3.3 海底滑坡冲击水下基础设施分析

对统计的2000～2021年海底滑坡冲击水下设施研究文献122篇进行分析(图 9)，显示近20年论文刊发量逐年波动递增。由图 9 可知，pipeline热度最高，发文量达85篇； cable和tunnel分别为42篇和9篇，热度相对较低； pipeline研究论文刊发数量增长速率最高，未来依然是海底滑坡冲击水下基础设施研究的快速增长点。

图 9 2000～2021年海底滑坡冲击水下设施研究发文量Fig. 9 Research output on destroy underwater facilities from 2000 to 2021

值得一提的是中国学者在海底滑坡冲击水下基础设施研究中独占鳌头， 20年间发文量高达64篇，占全球发文的52.5%，其中pipeline研究为52篇，占绝对优势。如：中国学者建立了含缺陷的海底管道横向屈曲失稳的解析方法(Liu et al.， 2018)； 采用MPM方法模拟了海底滑坡对油气管道的冲击作用(Dong et al.， 2017)； 在CFD方法中开发低温流变模型，模拟深海滑坡对油气管道的冲击效应(Nian et al.， 2018)； 采用多相流模拟方法研究海床与管道间隙对位移管线升力的影响(Fan et al.， 2021)； 考虑流动-渗流耦合作用的弹塑性模拟方法，探究海底管道的失稳机制(Shi et al.， 2021)。此外，海底滑坡冲击水下结构物还包括anchors， mudmats， riser， foundation等，相关学者使用物质点法模拟了海底滑坡对固定式防沉板的冲击效应(Dong et al.， 2020)，这方面的研究或将成为未来的研究热点。

综合分析海底滑坡触发机制、运动演化及冲击水下基础设施各个环节，全球学者已开展了大量的研究工作，而关于链式灾害过程，只有少数学者在论文中做了简单描述(Hsu et al.， 2008)，深入的分析目前尚未开展。

4 展 望

为深入研究海底滑坡的运动和演化全过程，并建立海底滑坡的监测与预警机制，综合分析海底滑坡领域相关研究的发展趋势如下：

(1)中国学者在海底滑坡领域的相关研究将以gas hydrate和earthquake为增长点。中国天然气水合物钻探和一系列开采工程的推进，使得中国学者对gas hydrate的研究产生浓厚兴趣，也是当前国家重大需求； 而南海作为地震高发区，频繁且强烈的地震活动极易引起海底滑坡并威胁海洋工程设施的安全，因此中国学者对earthquake方面的研究也将不断增加。

(2)目前室内模型试验和数值模拟方法仍是海底滑坡的主要研究手段，但实验室模型试验实施难度大，投入资金多，效果可控性较低，而先进的数值模拟方法以操作性强、易于实施、结果分析便捷等优势将成为海底滑坡领域研究的重点发展方向。

(3)海底滑坡方面的系统深入研究将服务于海洋工程建设和水下基础设施的安全运营，未来海底滑坡冲击水下结构物将成为研究热点。pipeline依然是海底滑坡冲击水下设施研究的快速增长点，而更多的研究也将围绕anchors， mudmats， tunnel等海底结构物开展。

(4)海底滑坡灾害链研究是指从触发机制到运移演化、再到冲击水下设施的连续过程模拟，全球学者在海底滑坡研究中已关注这一现象，但尚未开展海底滑坡链生灾害的全过程研究，加强链式灾害研究将成为未来研究的新方向。

5 结 论

本文利用网络知识图谱可视化手段对海底滑坡领域研究的发文量、机构分布、影响力及国家间的合作关系等进行了数据计量，分析了2000～2021年海底滑坡领域研究的总体情况和发展趋势，得出以下几点结论：

(1)2000～2021年海底滑坡研究有了飞跃式发展，总发文量达2002篇，且近10年每年的科研产出都在百篇以上，呈快速增长趋势。中国是海底滑坡研究发文量增长最快的国家，科研产出从第1阶段的高发文国家Top10之外，跃升至第3阶段的第1名，且与其他国家合作相对更加密切，影响力紧追美国，可见在未来中国和美国将是海底滑坡研究领域的主导国家。

(2)比较分析海底滑坡研究领域的中美研究机构，发现美国的研究机构最多，但中国的研究机构与其他机构合作最多，各研究所和高校齐头并进，科研产出势头较好。

(3)近20年全球科学家在海底滑坡领域的研究基本保持一致，主要涉及海底滑坡的触发机制、海底滑坡的运动演化与沉积过程以及海底滑坡对水下基础设施(如海底管线)的冲击等。

(4)关于海底滑坡领域的研究工作，中国学者与全球学者研究基本一致但又有所不同，主要表现为触发机制方面，全球学者更关注海啸诱发海底滑坡，而中国学者更关注水合物开采可能诱发的海底滑坡，这将成为中国未来海底滑坡研究的重点方向。