海洋重力異常是指地球海洋表面任意測點上的觀測重力值在引入必要的校正後，同該點正常重力值之偏差。它反映出海底之下不同密度的質量的分布特徵。由於引入校正的形式和內容不同，對應地有不同名稱不同意義的重力異常。
基本介紹
- 中文名：海洋重力異常
- 外文名：marine gravity anomaly
- 正常重力值：橢球體表面上各點的重力值
- 重力校正：自由空間校正等
- 類別：測繪科學
- 異常分類：海上自由空間異常等
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基本概念
在海洋區域，將每一個測量的位置歸算到大地水準面上，它們的實測重力值與理論重力值(正常重力值) 之差。其所反映的海域地殼物質質量分布的狀況，往往與海底的地質構造及物質組成有關。因對實測重力值的歸算方法與內容不同，又分為自由空間重力異常、布格重力異常、均衡重力異常等。
正常重力值
把地球近似地看作表面光滑、內部質量分布均勻、赤道半徑大於極半徑的旋轉橢球體。橢球體表面上各點的重力值稱正常重力值或理論重力值，其計算公式稱為正常重力公式。
目前，國際上通用兩個正常重力公式。
① 1901～1909年引入的黑爾默特公式：γ 1901=978030(1+0.005302sin2φ－0.000007sin22φ，式中υ表示正常重力值,單位為毫伽（10-3伽）；φ為計算點的地理緯度。
② 1930年確定的正常重力公式，稱卡西尼公式：γ1930=978049(1+0.0052884sin2φ-0.0000059sin22φ)。根據人造地球衛星測定的地球形狀和重力數據，國際大地測量和地球物理學聯合會先後幾次推薦新的正常重力公式。由於採用的正常重力公式不同，同一點上的重力異常數值也不同。
重力異常
幾種海洋重力異常表達式為：
① 自由空間異常(ΔgF)ΔgF=gH-γ0式中gH經過零點漂移校正，厄特渥斯校正後以絕對值表示的觀測重力值；γ0為正常重力值。
② 布格異常(ΔgB)ΔgB=ΔgF+0.0687H
③ 均衡異常(ΔgJ)ΔgJ=ΔgF-δgD+δgC
以上三種異常是可以相互換算的。簡單說來，海上自由空間異常客觀地反映出海洋表面重力異常場的特徵，但它對海底地形變化極為敏感；布格異常表征著海洋地殼的物質組成相對於平均地殼密度的差異；均衡異常反映了由於地殼運動產生的對靜力平衡的偏離，研究均衡破壞可以了解地球內部發生的動力作用，並獲得有關新構造運動的信息。均衡異常值介於自由空間異常和布格異常值之間。在大洋盆地區，一般近似地將自由空間異常視作均衡異常。
一般特徵
儘管目前世界海洋的重力測量覆蓋程度很不平衡，但從已有的調查成果看，海洋上重力異常場的空間展布有著特定的規律性。對應於不同的地質構造單元和海底地貌單元的異常呈現出各自的特徵。
①大洋盆地。自由空間異常表現為相當平靜的、幅度不大而異常值接近於零的特點；布格異常為+250～+400毫伽的高值。
②大洋中脊。ΔgF幅度不大，約為+20～+40毫伽,而ΔgB 相對兩側洋盆區有明顯下降。
③火山島鏈。清楚地呈現高達+100～+200毫伽的空間異常帶。夏威夷群島的瓦胡島，其上ΔgF值竟高達+700多毫伽，表明這裡地殼的不均衡。
④海底高原。有著微弱的正空間異常，布格異常也較洋盆區低。
⑤島弧海溝系。這裡的重力剖面顯示出ΔgF、ΔgB和ΔgJ的劇烈變化。如從日本島弧到太平洋，ΔgB從-28毫伽劇增到+450毫伽，ΔgF由+140毫伽降到海溝處的-310毫伽，部分地段重力水平梯度高達4～5毫伽/公里。深海溝對應著一條－200～-240毫伽的空間異常帶和負均衡異常帶。波多黎各海溝的ΔgF為－350毫伽，是目前發現的海上最低值。
⑥被動大陸邊緣。由大陸向大洋過渡，自由空間異常由正（+50～+70毫伽）變為負值(-50～-100毫伽),而布格異常由弱至強，以密集的重力梯階帶出現。
⑦大陸架區。ΔgF和ΔgB都具有幅度不大（-30～+30毫伽），波長較短的特點，反映著複雜的海底密度差異。
海洋重力校正
將地球表面任意點上的觀測重力值歸算到該點大地水準面上，這種換算方法統稱重力校正，也稱重力歸算。 ① 自由空間校正 (δgF)。地表測點的觀測重力值歸算到高程起算零點的大地水準面或海平面上的校正項，稱自由空間校正，或以提出這個方法的法國天文學家H.法耶命名，稱為法耶校正。船上重力儀測量時，觀測值幾乎是海平面上的值，一般不再引入這項校正。
② 布格校正（δgB）。法國大地測量學家 P.布格1735～1741年間提出並運用的一種重力校正方法，後人稱作布格校正。它的含意是從測點觀測重力值中去掉測點水準面與海平面之間這層物質（中間層物質）的引力，然後再引入自由空間校正。海上布格校正的意義為填補海水層(密度為1.03克/厘3)相對中間層物質的質量不足。常取中間層物質密度為2.67克/厘3，這時海上布格校正δgB=0.0687H（毫伽），H為測點水深，以米為單位。
③ 地形校正。不論陸地，還是海底，測點或測點對應的海底點附近的地形總是高低起伏的。高於測點水準面的多餘物質和低於測點水準面的“短缺”物質都會使該點觀測重力值減小，為此而引入的校正稱局部地形校正(δgd)。它總為正值,相當於把測點水準面上下的盈虧質量“削平補齊”。對海底地形切割劇烈的海區可參照陸上地形校正方法進行，爾後再引入布格校正。常將布格校正擴展到全球範圍，即去掉整個地球的海平面以上地形質量和海平面與海底間水層虧損質量的引力效應，這時稱全地形校正(δgn)。
④ 均衡校正 (δgJ)。“均衡”一詞源出希臘文，意指相同的狀態或相等的壓力。大地測量和重力測量的結果表明，地殼均衡的現象是普遍存在的。均衡校正分兩步進行：先進行全地形校正，再計算這部分物質沿垂直方向均勻充填到均衡補償面，即所謂補償質量所產生的引力效應（稱補償校正δgc）,然後加到觀測重力值中去。這兩個步驟合稱地形 -均衡校正。計算均衡校正時，不同的均衡假說有不同的均衡模式和公式，或按均衡密度差（普拉特假說），或按均衡深度差（艾里假說）引入校正。
地質解釋
根據海上重力異常的分布規律，運用位場理論，揭示引起異常的地質因素以及兩者間的內在聯繫，進而利用這種聯繫去解決海洋地質學的問題，這個階段稱為異常的地質解釋。海上重力異常通常為以下幾種地質因素引起的：
①沉積層的厚度變化和縱、橫向密度差異；
②結晶基底面的起伏或內部的結構分異；
③莫霍面的起伏和上地幔的側向密度不均勻等。
對異常解釋時運用從已知推未知、由陸及海，幾種資料相互綜合的原則，具體的分析引起異常的地質因素。同時，可輔之以定量計算。普遍採用的計算方法是最最佳化選擇法。它根據海上地震測量資料和地震波速度同岩層密度的相關關係，建立地殼剖面的密度模型，計算它的重力效應；通過不斷修正模型參數（層的厚度、產狀及密度值），使計算異常值與實測異常值很好吻合，這樣的模型視作異常的最佳解。
由於解決的地質任務不同，對異常解釋和處理的方法也不盡相同。如：為了闡明海區含油沉積盆地的規模和次級構造區劃，應引入區域校正，消除深部因素的效應；逐層“剝離”沉積岩層的重力影響後，得到的深部重力異常可用於估算莫霍面的深度和上地幔測向密度差異；與地震、地磁、熱流資料相結合，可提高確定異常源屬性的可靠性等。
