地球科学领域位居前10 位的热点前沿 仍然集中在气候变化、地球化学、固体地球物理学和地质学研究（表1 和图1）。气候变化研究热点包括“末次间冰期CO₂ 浓度升高对海洋环流的影响”“大气中的碳黑在气候系统中的作用”“大气气溶胶成核机理研究”“尘埃及生物气溶胶在大气冰核核化过程中的作用”；地球化学研究热点包括“热带地区森林碳储量和碳排放估算研究”“CMIP5 地球系统模式对陆地碳循环的模拟与评估”；固体地球物理学和地质学研究热点包括“利用好奇号任务开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究”“中国华北克拉通前寒武纪地质演化研究”“页岩气储层孔隙系统类型及表征”“流体注入诱发地震研究”。
表1 地球科学Top 10 热点前沿
图1 地球科学Top10 热点前沿的施引论文
▋ 重点热点前沿——中国华北克拉通前寒武纪地质演化研究
克拉通是大陆岩石圈中古老而又稳定的部分，一旦形成，大多可以长期稳定存在，并可以通过一系列碰撞造山事件与年轻的地壳不断拼合，进而形成更大规模的大陆。克拉通能够保存大陆地壳早期的生长和改造历史，并与矿床形成、气候变化和生物演化等过程密切相关，因此具有重要的科学研究价值。
中国华北克拉通是世界上最著名的古老陆块，具有38 亿年的漫长历史。与其他克拉通相比，它的多阶段构造演化史更为复杂，记录了几乎所有的地壳早期发展与中生代以来的重大构造事件。华北克拉通90% 的陆壳是在早前寒武纪形成的，绝大多数形成于中- 晚太古代，因此成为研究前寒武纪地壳演化和板块运动的重要窗口。了解前寒武纪时期华北克拉通的地质演化可为地球早期地壳形成机制以及板块构造从何时开始起主导作用等基础研究提供依据。近年来中国华北克拉通愈发受到国内外研究者的关注。
热点前沿“中国华北克拉通前寒武纪地质演化研究”的核心论文主要集中在揭示前寒武纪时期华北克拉通的地质构造与演化规律、成矿作用和拼合等方面。中国科学院地质与地球物理研究所翟明国院士等人发表的《华北克拉通前寒武纪地质学概述》（The early Precambrian odyssey of North China Craton: A synoptic overview）一文被引频次最高，达519 次。该文对华北克拉通前寒武纪地质、地质年代学和构造等综合信息进行了论述，受到科学界的极大关注。
表2 “中国华北克拉通前寒武纪地质演化研究”
研究前沿中48 篇核心论文的Top 产出国家和机构
根据对核心论文的产出国家和机构的分析（表2），中国在该前沿占有绝对优势地位，参与了全部48 篇核心论文的产出工作，与6 个国家进行了合作。其中，中国与排名第2 的澳大利亚合作11 篇核心论文，与排名第3 的日本合作10 篇核心论文，与美国合作8 篇核心论文。核心论文Top10（并列12 所）机构中有8 所中国机构、2 所美国机构、1 所日本机构和1 所澳大利亚机构。中国地质大学（北京）表现尤其突出，在本前沿所有机构中位列第1，贡献了27 篇核心论文，占所有核心论文的56.3%；其次是中国地质科学院；中国的香港大学和日本的高知大学并列第3；中国科学院紧随其后。
表3 “中国华北克拉通前寒武纪地质演化研究”
研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构
从表3 可以看出，中国的施引论文最多，达1143 篇，占全部施引论文的93.2%。澳大利亚的施引论文位列第2，占15.1%。施引论文Top10 机构中有8 所中国机构、1 所日本机构和1 所澳大利亚机构。中国地质大学（北京）、中国科学院、中国地质科学院、中国地质大学（武汉）和北京大学是施引论文数最多的5 所机构。
▋ 重点热点前沿——页岩气储层孔隙系统类型及表征
页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于富有机质泥页岩中的天然气，与常规天然气藏相比，具有含气面积大、生产周期长、产量稳定的特点，资源潜力巨大。21 世纪初，美国和加拿大两国率先实现了页岩气的商业性开发并取得巨大成功，引起世界各国政府和能源公司的高度重视，在世界范围内掀起了页岩气研究和勘探的高潮。相关工作主要集中在基础地质研究、水平井和水力压裂技术攻关以及相关新型技术研发等领域。
在页岩气地球物理特征研究方面，由于页岩气主要储集在页岩孔隙空间之中，因此页岩的孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因素。目前，页岩储层孔隙可分为5 种基本类型，即粒间孔、矿物质孔、有机质孔、化石孔和微孔道。开展页岩气储层孔隙类型相关研究和表征，对页岩气储层的勘察和开发，具有非常重要的指导意义和应用价值。
该热点前沿的40 篇核心论文集中在美国伍德福德（Woodford）、巴奈特（Barnett）等主要页岩气开发基地以及中国四川盆地天然气页岩的孔隙系统及其结构表征，探究了不同孔隙结构对甲烷吸附能力的影响。
从核心论文的产出国家看，10 个国家参与了相关研究。其中，中国和美国在该前沿并驾齐驱，分别贡献了18 篇和17篇核心论文。澳大利亚和德国的核心论文分别为10 篇和7 篇。从核心论文的产出机构看，澳大利亚的联邦科学与工业研究组织、德国的亚琛工业大学和美国的得克萨斯大学奥斯汀分校分别贡献了6 篇核心论文。中国科学院参与了5 篇核心论文的工作，在本领域所有研究机构中位列第4。美国的得克萨斯大学奥斯汀分校的R.G. Loucks 等人发表的Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classifi cation for matrix-related mudrock pores 一文被引频次最高，达242 次（表4）。
表4 “页岩气储层孔隙系统类型及表征”
研究前沿中40 篇核心论文的Top 产出国家和机构
从不同国家和机构对该研究前沿的跟进情况看（表5），中国贡献了488 篇施引论文，超过总数的一半，美国的施引论文有281 篇，占总施引论文的31.6%。中美两国的施引论文数远超其他国家。德国、澳大利亚和加拿大分别列第3 位、第4 位和第5 位。
中国石油大学（北京）、中国地质大学（北京）和中国科学院是发表施引论文数最多的3 所机构。
表5 “页岩气储层孔隙系统类型及表征”
研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构
新兴前沿及重点新兴前沿解读
▋ 新兴前沿概述
地球科学领域2017 年只有“强亲铁和亲铜元素在高温条件下的地球化学行为”入选新兴前沿（表6）。
表6 地球科学的1 个新兴前沿
▋ 重点新兴前沿——强亲铁和亲铜元素在高温条件下的地球化学行为
铂族元素（锇、铱、钌、铑、铂、钯）和铼等元素同时具备了高度的亲铁性（siderophile）和亲铜性（chalcophile），因此相对于地核，其丰度在地壳和地幔中相对较低。在壳- 幔分异过程中，由于铼是中等程度的不相容元素，因此铼富集在地壳中；而铂族元素则表现出相容性，富集于地幔。
铂族元素性质相近但熔点上有所差异，致使其在演化过程中产生分异，因此铂族元素是了解部分熔融、核- 幔和壳-幔相互作用、硫化物分异、结晶分异、岩浆演化及成矿作用有效的示踪剂，可为地幔源区的演化和岩石学特征提供重要信息。
铼- 锇（Re-Os）同位素体系（187Re 通过β- 衰变成187Os）独特的地球化学特征使其成为对地幔熔体亏损事件等进行定年以及示踪壳幔相互作用的重要工具。随着铼- 锇同位素测试方法的不断改进与完善，近年来铼- 锇同位素体系在天体地球化学、地幔地球化学、地质年代学、金属矿床、沉积物、水体等各方面的定年与示踪应用发展迅速。铂- 锇（Pt-Os）同位素体系（190Pt 经α- 衰变成186Os）则常被应用于地核成因、核幔相互作用、地幔演化和硫化物矿床定年等方面的研究。
2017 年地球科学领域新兴前沿“强亲铁和亲铜元素在高温条件下的地球化学行为”中的核心论文聚焦在通过分析地球、火星、月球以及小行星中铂族元素的分布，研究行星的演化过程，以及通过铼- 锇和铂- 锇同位素体系，研究强亲铁和亲铜元素在岩石圈地幔、火山岩、地幔岩之间的分布和地球化学行为。该前沿有10 篇核心论文，参与的国家包括德国、英国、加拿大、法国和美国。
本文摘编自《2017研究前沿及分析解读 》（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，英国科睿唯安著.北京：科学出版社，2018.7）一书“第4章 地球科学”，标题为编者所加。本文编辑：刘四旦.
