重力异常

重力勘探领域术语

由于实际地球内部的物质密度分布非常不均匀，因而实际观测重力值与理论上的正常重力值总是存在着偏差，这种在排除各种干扰因素影响之后，仅仅是由于物质密度分布不匀而引起的重力的变化，就称为重力异常。

造成重力异常的主要原因

1、地球的自然表面并不像大地水准面那样光滑，而是起伏不平的；

2、地球内部介质密度分布不均匀。这种密度的不均匀性有一部分是地质构造和矿产引起的。

分类

重力异常可分为纯重力异常和混合重力异常。纯重力异常是同一点上地球重力值和正常重力值之差，又称扰动重力。混合重力异常是一个面上某一点的重力值和另一个面上对应点的正常重力值之差。例如大地水准面上一点的重力值g0和该点沿平均地球椭球法线在椭球面上的投影点的正常重力值γ0之差，称为大地水准面上的混合重力异常；地面上一点的重力值g和似地球面（见地球形状）上相应点上正常重力值γ之差，称为地面混合重力异常。

重力异常的求定

纯重力异常不能直接求得，需要通过扰动位间接推求。混合重力异常可以直接推求。若求地面混合重力异常，地面上一点的重力可通过实测获得，而似地球面上相应点的正常重力，则先按计算点的纬度用正常重力公式算得平均椭球面上相应点的正常重力，然后再将它归算到似地球面上。若求大地水准面上混合重力异常，大地水准面上一点的重力是将地面实测重力归算到大地水准面上得到的，平均椭球面（本身就是一个重力等位面旋转椭球）上的正常重力则按正常重力公式解算获得。

重力改正

将地面实测重力值归算到大地水准面上，称为重力改正。它包含两方面内容：一是清除观测点到大地水准面的高程对重力观测值的影响；二是将大地水准面以外的质量的影响按某种方法完全消去。改正后得到的是外部没有任何质量的大地水准面上的重力值。根据所要改正的影响不同，重力观测值中将加上不同的改正。

高度改正

按地面重力观测点高程考虑正常重力场垂直梯度的改正。此项改正相当于使地面重力观测点移到大地水准面上，而大地水准面以上的地形质量随观测点平移到大地水准面之下。

中间层改正

消除过观测点的水平面同大地水准面之间的质量层对观测重力的影响而加的改正。此项改正相当于把高出大地水准面的质量当作一个无限平面厚层全部移掉。

重力观测值经过空间改正和层间改正相当于使地面重力观测点移动到大地水准面上。此两项改正数之和称为布格改正。

地形改正

是消除观测点附近高出或低于观测点水平面的地形质量对观测重力的影响而加的改正。此项改正相当于把局部的地形质量去掉或补上，从而使观测点周围的地形形成一个水平面。无论附近地形高出还是低于观测点水平面，此改正数总是正的，称为局部地形改正。如果再顾及观测点水平面同大地水准面之间的层间质量，计算时只考虑观测点附近有限范围内的地形对重力观测的影响而进行的改正，称为不完全地形改正；考虑全球的地形影响而进行的改正，则称为完全地形改正。

重力观测值经过局部地形改正和空间改正，相当于先将观测点水平面上下的质量除补齐，再将地面重力观测点移动到大地水准面上，同时观测点平面到大地水准面之间的层间质量随观测点平移到大地水准面之下。此两项改正之和称为法耶改正。

均衡改正

是根据地壳均衡假说考虑到山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）同大地水准面之下质量不足（或过剩）互为补偿而加的改正。经过此项改正，对大陆地区相当于将大地水准面以上的山脉过剩质量移到大地水准面和均衡补偿面之间；对海洋地区相当于将海底到均衡补偿面之间的过剩质量填入海洋中，使大地水准面和补偿面之间的地壳密度和厚度达到均匀一致。以上只是一种地壳均衡的假说，还有其他的假说（见地壳均衡），根据不同的均衡假说可得到不同的均衡改正公式。

由于在实测重力中可以加上不同的改正，所以有了不同种类的大地水准面上的混合重力异常。

观测重力值减去正常重力值，加上空间改正，称为空间异常，如果再加上局部地形改正，则称为法耶异常。观测重力值减去正常重力值，加上布格改正，称为布格异常；再加上局部地形改正和均衡改正，称为均衡异常。地面混合重力异常，只需要在平均地球椭球面上的正常重力中加上空间改正即可，它不涉及质量影响。

表示方法

地球形状的研究和宇航事业的发展，都要求知道全球重力场的结构。全球重力场结构通常用两种方法来描述：一是直接用全球均匀分布的有限个离散点的重力异常值,或是用方块(如10′×10′、1°×1°)的平均重力异常值描述出地球重力场的精细结构；另一是用重力异常的球谐函数展开式（见地球重力场）描述出全球地球重力场的总貌。在地形起伏大的地区，相应的等重力异常线的密度也大，反之亦然。

重力异常推估

根据重力测量地区的已知空间（或布格）重力异常，用内插或外推方法可以推算未进行重力测量地区的点或方块的空间（或布格）重力异常。在推估时不但要考虑重力点的平面分布，而且要考虑同高程的相关性。实践证明，直接用空间异常进行内插或外推的误差较大，因此必须借助于变化较平缓，同高程相关性较小的布格异常或均衡异常进行间接内插或外推。通用的方法有平面拟合、最小二乘推估和最小二乘拟合推估等（见测量平差）。

近年来发展的卫星测高技术，卫星－卫星跟踪技术以及卫星梯度测量，可以用来推估地面上不同尺度方块的平均重力异常值。

由重力测量确定大地水准面形状

由于受到地球上部物质密度的变化以及地球表面的影响，使大地水准面通常不与旋转椭球重合，而是形成了在旋转椭球面附近起伏波动的复杂曲面。因此，大地水准面的形状可以由它与椭球体面的起伏高度来研究。

根据重力异常计算大地水准面的波动

重力异常是大地水准面上的重力值Gp和平均椭球体面上相应点的正常重力值Gq之间的差值。

利用人造地球卫星轨道测定大地水准面

假定地球是一个均质圆球，人造地球卫星质量很小，可以忽略，又假设卫星在真空中运行，其轨道就是一个椭圆。该轨道称正常轨道。它有8个参数：升交点、升交点赤径、轨道倾角、近地点、近地点角距、真近点角、偏近点角、平近点角。

理想情况下，人造卫星的正常轨道可用开普勒三定律来描述。1、轨道是椭圆。2、相等的时间内，扫过的面积相等。3、周期的平方与卫星轨道椭圆长轴的立方成正比。

通过求解理想情况下的卫星运动方程，可以求出轨道长半轴、偏心率等6个参数，就可以确定某一瞬间卫星的空间位置和速度。

利用人造卫星测定地球的重力场，不是把重力仪放在卫星上（重力仪无法工作），因为轨道受重力场影响，通过地面观测站观测卫星，求出轨道参数，利用这些参数去推算地球的重力场分布。

实际上地球不是理想圆球，卫星轨道也就不符合开普勒三定律，不是理想的椭圆。这种受干扰的现象称为摄动。其轨道也可用上述6个参数表示，不是常数，是时间的函数。通过这些参数可以求出地球的重力场。进而研究大地水准面的变化。

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