海洋重力测量方法介绍
海洋重力水下重力测量技术进展
海洋重力▏水下重力测量技术进展地球重力场是地球重要的基本物理特征之一，地球重力场测量对推动地球物理学、地球动力学、大地测量学、海洋测量学、空间科学等学科的发展具有重要作用。
海洋占据了地球表面的71%，是地球重力场测量的重要对象，海洋重力测量是地球重力场建模的主要数据来源。
目前广泛采用的海洋重力测量技术为船载重力测量技术，具有一定的局限性：根据谐波分析，海底重力信号强度按照e＝2πΔz/λ的衰减规律向海面传播，其中，Δz为观测距离，即重力场源与重力测量设备之间的距离，λ为重力信号各傅里叶分量的波长。
因此，在船载重力测量中，水层像一个巨大的低通滤波器，随着观测距离的增加，海底重力信号中的高频(短波)分量会迅速衰减并率先消失，故而水面并不是理想的观测位置。
如果将观测位置从水面移到水下，在近海底甚至是海底进行重力测量，就可以避免高频分量的衰减，还能够获得更高强度的重力信号，这就是水下重力测量。
根据重力仪的运动状态，又可分为水下静态重力测量和水下动态重力测量。
重力信号中的低频分量主要受地球深部质量影响，反映地壳深处地质特征；高频分量主要受地球浅部质量影响，反映地壳表层地质特征。
船测重力数据无法探测到海底重力信号中的高频信息且其测得的信号强度较弱，只能用于研究有关地壳深处地质特征的理论，无法满足洋底地壳表层研究需求。
在军事领域，潜艇的水下长航时潜航需要高精度的水下导航系统，其核心是高性能惯性导航系统，随着惯性器件精度的提高，由惯性器件误差引起的定位误差所占比重逐渐减小，重力异常将成为制约高性能惯导精度的主要因素。
为进一步提高惯导精度，需要进行重力异常补偿，重力异常补偿有两种途径：一是潜艇搭载重力仪进行实时重力测量，二是利用先验重力海图进行补偿，以上两种方法都需要发展水下重力测量技术。
地球重力场还可以用于水下重力匹配导航，如采用船测重力海图作匹配参考，需将船测重力数据向下延拓至潜航器工作深度，这一过程是发散的，会引入很大误差，甚至可能导致匹配失败，水下重力测量则可直接构建水下近海底重力场模型，重力辅助导航可直接使用测量深度附近的重力场数据作为参考或采用向上延拓算法延拓至工作深度，免除了向下延拓计算存在的发散问题，提高了重力匹配导航的精度。
地球物理学在海洋资源勘探中的应用
地球物理学在海洋资源勘探中的应用地球物理学是研究地球内部结构和物质性质的学科，它在海洋资源勘探中发挥着重要的作用。
通过地球物理学的方法，我们可以获得海洋地下物质的分布情况，进一步指导海洋资源的勘探与开发。
本文将介绍地球物理学在海洋资源勘探中的应用。
1. 地震勘探技术地震勘探技术是海洋资源勘探中最常用的一种方法。
它通过在海底或海面上布设震源和接收器，利用地震波在地下不同介质中传播速度不同的特性，解释和分析地震波的反射、折射、散射等现象，进而得到海底地形、地下构造等信息。
这些信息对于海洋石油、天然气等资源的勘探非常重要。
地震勘探技术的实施步骤一般包括震源激发、接收器接收和信号处理等环节。
震源激发可以采用爆炸物、空气枪等方式，在海底或海面上产生压力波，从而引发地震波。
接收器接收地震波的反射信号，并将其转化为电信号进行记录。
信号处理过程中，地震学家将反射信号进行分析和揭示，以获得海底地质构造的信息。
2. 电磁法勘探技术电磁法勘探技术是利用地下不同导电性介质对电磁场的响应特性，来推断地下结构与构造的一种方法。
该技术在海洋资源勘探中也有重要应用。
电磁法勘探技术可以通过在海面或海底上布设电磁发射源和接收器，发射电磁波并观测反射和散射信号来获取地下构造的信息。
电磁法勘探技术的应用范围广泛，可以用于石油、天然气等矿产资源的勘探和定位。
通过分析电磁场的反射、散射等现象，可以确定地下储层的存在、性质和分布情况，为资源的勘探和开发提供重要的依据。
3. 重力测量技术重力测量技术也是地球物理学在海洋资源勘探中常用的方法之一。
利用重力测量技术可以测量地球重力场的分布情况，从而推断出地下构造的变化。
在海洋资源勘探中，重力测量技术可以用于确定海底地形的变化、地下构造的分布情况等。
重力测量技术一般通过测量重力加速度的变化来推断地下构造的性质。
在海洋中，可以通过在船上或飞机上测量重力加速度的变化，然后与基准值进行对比，从而得到海底地形和地下构造的信息。
导线控制测量
常规测绘技术目录 (1)几个基本概念 (1)测量工作的程序 (2)水准测量 (3)三角高程测量 (6)角度和方向测量 (6)距离测量 (9)测量误差 (10)控制测量................................................................. 1 1 导线控制测量. (12)传统地形测量方法 (13)数字测图技术 (14)地形图的应用 (15) (16)水利工程测量 (16)桥梁工程测量 (17)路线工程测量 (17)工程的变形监测 (18)工业与民用建造测量 (19)地下工程测量 (19)矿山测量 (20)隧道工程测量............................................................. 2 1 工业设备的安装及检校测量(三维工业测量) .. (22)海洋测绘 (22)地籍测量 (24)房地产测绘 (27)摄影测量 (27)【垂线】重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。
【水准面】某一时刻处于没有风浪的海洋水面，称为水准面。
【大地水准面】在高度不同的水准面中选择一个高度适中的水准面作为平均海水面，这个平均海水面就称为大地水准面。
它是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面，是一个重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功，是通过验潮站对海水面长期观测得到。
大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。
大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息。
【高程基准】是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
确定水准基面则是取验潮站长期观测结果计算出来的平均海面。
中国以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为中国的水准基面，即零高程面。
中国水准原点建立在青岛验潮站附近，并构成原点网。
用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。
海底地形测量的原理与方法
海底地形测量的原理与方法海底地形测量是一项重要的海洋探测技术，它能够揭示海洋中的各种地形特征，如山脉、峡谷、海洋深渊等，为海洋科学研究和海洋资源开发提供了重要的数据支持。
本文将介绍海底地形测量的原理与方法。
一、海底地形测量原理1.声学原理声学原理是目前海洋地形测量中最普遍的方法，它利用声波在水中传播的特性进行测量。
声波在水中传播速度很快，而且能穿过深海底部的沉积物，因此是一种理想的测量手段。
声学原理中常用的方法是通过声纳向下发射声波，当声波碰到海底时会产生回波。
根据回波的时间、强度和形状等信息，可以推测出海底地形特征。
此方法通常被称为单光束测量技术。
2.重力原理重力原理是一种通过测量重力场变化来探测海底地形的技术。
这个方法的原理是把被测区域看成一个由若干小区域组成的密度不均匀的介质，通过测量海水质量和密度变化来推测海底地形特征。
该方法的主要优点是只需要在船上进行操作，无需特殊设备。
但是，由于测量范围受限制，该方法只能用于较小的海区，且精度有限。
二、海底地形测量方法1.单光束测量技术单光束测量技术是目前最常用的海底地形测量方法. 单光束测量技术即通过单个声纳向下发射一束声波，声波在水中传播到海底，然后产生回波。
这些回波被接收并解析以推测出海底地形特征。
该方法测量精度有限，误差通常在几米至几百米之间，测量速度较快，数据处理相对简单。
但是，由于单光束声纳测量范围比较窄,其覆盖范围相对较小，不能对整个海域进行测量.2.多光束测量技术多光束测量技术是一种利用多个声纳发射声波来测量海底地形的方法。
多光束声纳向下同时发射多束声波，利用回波测量海洋中点的深度和形态。
不同于单光束声纳，多光束声纳可在船舶行驶时获得更宽的海底数据，使其能够以更高的精度和可靠性获取更广阔的海底数据。
和单光束测量技术相比，多光束测量技术覆盖面广，精度较高。
在海底地形测量中，有些海域中存在复杂的地形特征，如悬崖、峡谷等，单光束测量技术难以精确掌握，但多光束测量技术能够解决这些问题，并在船舶行驶时获得更宽广的海底数据，使利用回波测量海洋中点的深度和形态。
海洋测绘名词解释
第一章绪论1.名词解释(1)海洋测绘/海洋测绘学：研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布，及编制各种海图的理论和技术的学科。
(2)海洋：海洋是地球表面包围大陆和岛屿的广大连续的含盐水域，是由作为海洋主体的海水水体、溶解和悬浮其中的物质、生活于其中的海洋生物、邻近海面上空的大气、围绕海洋周缘的海岸和海底等部分组成的统一体。
(3)海岸带：海陆交互的地带，其外界应在15~20m等深浅一带，这里既是波浪、潮汐对海底作用有明显影响的范围，也是人们活动频繁的区域；其内界，海岸部分为特大潮汐(包括风暴潮)影响的范围，河口部分则为盐水入侵的上界。
(4)海岸线：近似于多年平均大潮、高潮的痕迹所形成的水陆分界线。
(5)潮上带(海岸)：高潮线以上狭窄的陆上地带，大部分时间里裸露于海水面之上，仅在特大风暴潮时才被淹没，故又称为潮上带。
⑹潮间带(海滩)：高低潮之间的地带，高潮时被水淹没，低潮时露出水面，故又称为潮间带。
(7)潮下带(水下岸坡)：低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分，又称为潮下带。
(8)大陆边缘：大陆与大洋连接的边缘地带，也是大陆与大洋之间的过渡带。
通常由大陆架、大陆坡、大陆隆及海沟组成。
(9)大陆架：大陆周围被海水淹没的浅水地带，是大陆向海洋底的自然延伸，其范围是从低潮线起以极其平缓的坡度延伸到坡度突然变大的地方(大陆架外缘)为止。
(10)内海：亦称内水，指领海基线以内的水域。
(11)领海:沿海国主权之下的、与其陆地或内海相邻接的一定宽度的水域。
(12)领海基线：沿海国家测算领海宽度的起算线。
(13)毗连区：一种毗连国家领海并在领海外划定的一定宽度、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。
(14)大陆专属经济区：领海以外并邻接领海，介于领海与公海之间，具有特定法律制度的国家管辖水域。
(15)绝对精度(点位精度)：指确定的点相对于某一参考点或坐标系的可靠性，属于外符合精度。
测量学概论-海洋测绘
N
z z0 C i cos q i ti i 1 N
x x0 C i sin q i ti i 1
机载激光测深（面测量）
激光测深的原理与双频回声测 深原理相似，从飞机上向海面发射 两种波段的激光，一种为红光，波 长为1064nm，另一种为绿光，波长 为523nm。红光被海水反射，绿光 则透射到海水里，到达海底后被反 射回来。这样，两束光被接收的时 间差等于激光从海面到海底传播时 间的两倍，由此可算得海面到海底 的深度。
海洋磁力测量成果有多方面的用途
✓ 对磁异常的分析，阐明区域地质特征，如断裂带分布、火山 岩体位置等。
✓ 磁力测量是寻找铁磁性矿物的重要手段。
✓ 在海道测量中，可用于扫测沉船等铁质航行障碍物，探测海 底管道和电缆等。
✓ 在军事上，海洋地磁资料可用于布设磁性水雷，对潜艇导航 系统进行校正。
✓ 用各地的磁差值和年变值编成磁差图或标入航海图，是船舶 航行时，用磁罗经导航不可缺少的资料。
海图绘制包括：
➢ 海洋大地控制网 ➢ 海洋重力测量
各种海图、海图集、海洋资料的 编制和出版；
➢ 海洋磁力测量 ➢ 海洋定位
海洋信息管理包括：
➢ 水深测量及水下地形测量 ➢ 海洋水文要素及其观测
海洋地理信息的管理、分析、处 理、应用以至数字海洋。
➢ 海底地貌及底质探测
➢ 海洋工程测量
6.2.1 海洋大地控制网
海洋测绘是一切海洋活动的前提和基础。
海洋测绘的定义
海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，其任务是对海 洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础 地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、 海洋开发和海洋研究服务。
海洋地球物理探测4—海洋重力测量2
仪器结构 ②读数系统
A为平衡体的负荷，A1,A2为两块金属板，它们和A组成两个平 行板电容器C1,C2。 Z1，Z2 为电桥中两个阻值一定的电阻，Vi为输入 频率稳定的电信号，V0是输出电信号。
电容放大读数系统示意图
当A位于A1和A2正中间时，C1=C2， Z1C1=Z2C2；电桥平衡，无输出信号。
尼，建立反馈回路和滤波系统，使之进一步完善。 使用时间：20世纪60年代至今。
测量精度：中级海况±1mGal；平静海况±0.7mGal； 存在问题：交叉耦合效应引起的测量误差较大。
阶段3：第三代海洋重力仪－轴对称海洋重力仪
代表产品：德国Bedenseewerk公司生产的KSS30型海洋重力 仪和美国Bell航空公司生产的BGM-3型海洋重力仪。
mg k (S S0 )
平衡时弹簧的长度
如果将该系统分别置于重力值为g1和g2的两点上，则 弹簧的伸长量不同，平衡时弹簧的长度分别为S1和S2，由 此可得：
g
g2
g1
k m
(S2
S1)
C
•
S
两点之间的重力差
重物的线位移差
只要k和m不变，两点间的重力差与重物的线位移差 成正比。比例系数 C 称为重力仪的格值，用它就可以将 重物的位移量换算成重力差。
§4.2.1 海洋重力仪 一、海洋重力仪简介 二、重力仪基本原理
§4.2.2 野外重力测量方法 一、陆地野外重力测量方法 二、海洋野外重力测量
一、陆地野外重力测量方法
重力野外测量可划分为三个步骤：现场踏勘与编写技术设 计，仪器的检查与标定以及野外测量。 （一）、重力测量的技术设计
技术设计中主要解决的问题是： 工作任务要求； 工作比例尺的确定； 精度要求和各项误差的分配； 野外工作方法的选择等；
海洋测绘知多少
硬核科普Ocean World2019硬核科普Ocean World2019仕么是;®海洋测绘是海洋测量和海洋制图的总称。
其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋基础地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。
海洋测绘的主要内容有：海洋大地测量、水深测量、海洋工程测量、海底地形测量、障碍物探测、水文要素调查、海洋重/磁力测量，海洋专题测量和海区资料调查；以及各种海图、海图集、海洋资料的编制和出版，海洋地理信息的分析、处理及应用。
闲话少说，让我们先看看海洋测量通常有哪些内容吧！4、海港工程测量海港工程设计、施工和管理阶段的测量。
为海港工程建设提供资料，保证工程按设计竣工和进行有效的管理。
2、军事海洋测绘为满足国防建设和军队作战需要，研究对海洋和江河湖泊水域及其沿岸地带进行测量和制图的理论和技术。
其成果主要为作战、训练、航行安全和海洋军事工程的建设提供保障，还可广泛应用于国民经济建设和海洋科学研究的各个领域。
军事海洋测绘主要包括海洋大地测量、海道测量、海底地形测量和海图制图。
3、海道测量为保证舰队战斗行动和航行安全对海洋和江河湖泊所进行的测量和调查。
包括港湾测量、沿岸测量、近海测量和远海测量。
获得的各种资料主要用于编制航海图。
4、测深仪器测量地球表面水体深度的仪器。
广泛应用于海洋测量和海洋考察工作中。
有测深杆、水轮、回声测深仪、多波束测深系统、遥感测深系统和磁测深系统。
5、水声定位系统使用水下声标（应答器）测定舰船或其他目标相对位置的系统。
由固设于海底的水下声标和船上的换能器、接收发射机及其终端所组成。
具有携带方便、独立使用和定位精度较高等优点。
主要用于海洋大地测量和海洋工程测量，也可用于扫布雷和打捞定位。
6、海底地形测量测量海底起伏形态的方法。
是陆地地形测量在海洋上的延伸。
其内容包括获取海底地貌形态信息，探测海底沉积物的分层结构，收集露出水面、悬浮水中或固定于底土的植物等，为编制海底地形图提供基本资料。
重力测量介绍
北极
重力的定义
狭义定义:地球所有质量对任
一质点所产生的引力与该点
随地球相对于惯性中心运动
而引起的的离心力之合力。
M
赤道
F G r3 r
C
f 2p ( 2 x, 2 y, 0)
GFf
广地球相对于惯性中心运 动而引起的离心力之合力。 南极
6.1 概述
重力测量的分类
按测量原理分类
动力法：观测物体的运动状态以测定重力，可应用 于绝对重力测量或相对重力测量。
静力法：观测物体受力平衡，量测物体平衡位置受 重力变化而产生的位移来测定两点的重力差，该方 法只能用于相对重力测量。
6.1 概述
重力测量的分类
按观测领域或载体分类
陆地重力测量 海洋重力测量 航空（或机载）重力测量
卫星重力测量：地面跟踪观测卫星轨道摄动、卫 星雷达测高、卫星跟踪卫星测量、卫星重力梯度 测量
6.1 概述
重力测量的分类
按测量方式分类
绝对重力测量：用仪器直接测定地面上某点的绝对重力 值。地球表面上的绝对重力值约在978-983Gal。
相对重力测量：用仪器测定地面上两点之间的重力差值。 地球表面上的最大重力差约为5000mGal。
固定台站重力测量：观测重力随时间的变化。
流动站重力测量：观测重力随空间位置的变化。
f F
g
6.1 概述
重力测量的定义、目的、内容
重力测量定义：测定地球表面（近地面）以及其它天 体表面（或其它天体附近）的重力加速度的大小。
重力测量的目的：通过在天体表面上或附近处所进行 的重力和重力梯度测量，来测定作为位置和时间函数 的地球重力场和其它天体的重力场。
重力测量内容（广义）：①位置信息，②地球内部物 质分布信息，③随时间变化的信息。
海洋地球物理探测4—海洋重力测量1
4、重力的数学表达式
取直角坐标系，原点位于地心，Z轴与地球自转轴重合，X、
Y轴在赤道面内。根据万有引力定律，地球质量对其外部任一点
而在赤道和两极处为零（正常重力场的水平梯度）；
4 研究表明，正常重力值还随高度的增加而减小，其变化率约
为-3.086 g.u./m （正常重力场的垂直梯度）；
4.1重力场的基本特征
一、地球重力场
（一）重力与重力加速度 （二）重力场与重力位 （三）地球的正常重力
二、重力异常
（一）重力异常的概念 （二）重力异常的实质 （三）计算重力异常的基本公式
引起重力空间变化的因素是： ----地球不是一个正球体，近似于两极压缩的扁球体，且地表起伏不
平。这引起6000mGal的重力变化；
----地球绕一定的轴自转，引起3400mGal的重力变化；
----地下物质密度分布不均匀能引起几百毫伽的重力变化。
引起重力时间变化的因素是： ----太阳、月亮等天体引起的重力变化，具有一定的周期性，称为潮汐
大地测量学家和地球物理学家关注的问题之一。不同学者所采用的 参数值不同，得到不同的计算正常重力值公式，其中比较常用的有： （1）1901-1909年赫尔默特公式：多用于测绘部门，20世纪80年代 后全国使用；
g 9.78030(1 0.005302sin2 0.000007sin2 2)
4、正常重力场的基本特征
1 地球的正常重力是人们根据研究需要而确定的，反映的是理想
化条件下地球表面重力变化的基本规律，不同学者计算出的正常重 力值还有所区别，所以它不是客观上存在的确切的正常重力场；
海洋重力测量的特殊问题及解决途径
海洋重力测量的特殊问题及解决途径林哲远（中国海洋大学青岛邮编：26610）摘要进入21世纪，海洋勘探工作得到国家和各部门的重视。
在海洋测量中，海洋重力测量日渐成为比较重要的手段之一。
海洋重力测量是在测量平台不断运动状态下进行的一种动态测量，这是海洋重力测量区别于陆地重力测量的最大特点。
海洋重力测量时瘦运动载体和海洋环境的影响比较显著，这些干扰因素造成的影响远大于观测重力，因此，需要对这些影响因素进行细致的分析，以了解这些干扰因素形成的机理并掌握消除这些影响的措施]1[。
关键词海洋重力测量；海洋重力仪；水平干扰；垂直干扰；c-c效应；爱特维斯改正文章主要分析了海洋重力测量中的水平干扰、垂直干扰、粗差分析及提高精度、厄特弗斯改正项等，从这几个方面提高海洋重力测量值的精度。
1.海洋重力测量误差产生原因（1）沿水平地面向东运动的物体，其重量一定要减轻]2[。
例如，船向东航行时，船速增大了作用在重力仪上的地球自转向心加速度，而向西航行时，船速减小这种向心加速度。
这种导致重力视变化的作用称为厄缶（爱特维斯）效应，又称为科里奥利加速度影响。
此误差与航向、航速和船只所处的地理纬度有关。
（2）因波浪或机器等因素引起测量船在水平方向上的周期性加速度对重力的影响，引起仪器的摆杆与水平方向的夹角发生变化，从而引起水平加速度的影响]3[。
（3）因波浪或机器等因素引起测量船在垂直方向上的周期性加速度对重力的影响。
理论上，在一段时间内进行测量，可以通过取观测的平均值消除垂直加速度，实际上，垂直加速度的振幅往往很大，远远超出重力仪的读数范围。
（4）现有海洋重力仪弹性系统的结构多是绕水平轴旋转的横摆系统，且有很强的阻尼。
如果这类重力仪放置在陀螺平台或长周期常平架上，在一定条件下弹性系统还产生一种所谓交叉耦合效应，或C.C.效应。
2.海洋重力测量误差的消除方法下面结合仪器结构讨论。
一．常平架海上重力测量一般在常平架（现多为陀螺平台）上进行。
海洋地球物理与海底构造学 (31)讲解
根据位场理论，利用观测面重、磁资料，可计 算观测面之上或其下不同高程处重、磁场值，此即 为向上延拓和向下延拓。
上延可突出深源异常，压制浅源异常，且根据 异常特征的变化 ，异常衰减的速度，可估算出场源 埋深。
下延可突出浅源异常，且根据异常形态特征，， 异常增强的速度，可勾绘出场源几何形态。
2.3 重磁测量
U zz
（4）海洋重力测量方法
海洋重力测量最早是使用潜水钟在海底进行重力测量。 观测者与重力仪同时潜入海底。其后，远距离操作的海底重 力仪取代了潜水钟。海底重力仪无需操作者潜入海底，却能 达到与陆地同样的观测精度。
1960年以后，船载重力仪出现。船载重力仪测 量效率高，成本底，且可以在海洋地震勘探船上与 地震勘探同时进行。
海洋重力测量主要受四个方面的干扰——厄缶效应、水 平加速度效应、垂直加速度效应、交叉－耦合效应。
海洋重力测量的主要干扰因素：海洋重力测量主要受四
个方面的干扰——厄缶效应、水平加速度效应、垂直加速度效 应、交叉－耦合效应。
海洋重力测量的主要干扰因素：海洋重力测量主要受四
个方面的干扰——厄缶效应、水平加速度效应、垂直加速度效 应、交叉－耦合效应。
①自由空间异常：对观测重力值仅作高度校正和正常 场校正。
g f g0 gh g
②布格重力异常：对观测重力值进行地形校正、布格 校正（高度校正和中间层校正）和正常场校正
gb g0 gT gh g g
关于海洋重力异常的说明：
法在海洋环境污染调查中的作用。
第二章 海底构造的地球物理研究方法
2.3 重磁测量
2.重磁测量原理
一、重力方法原理
实质：以海水和海底地壳中不同岩、矿石之间 密度差异为基础，通过观测和研究重力场的变化 （重力异常），探查海底地质构造和矿产资源。
海洋重力辅助导航方法及应用
海洋重力辅助导航方法及应用海洋重力辅助导航（Marine Gravity-Aided Navigation）是一种基于海洋重力场的导航方法。
通过利用地球引力梯度的变化来确定船舶、无人潜水器（ROV）或潜水器的位置和姿态。
这种基于海洋重力场的导航方法广泛应用于海洋调查、海洋勘探、海底地质研究等领域。
海洋重力场是指地球引力在海洋表面和海底的分布情况。
海洋重力辅助导航方法利用海洋重力场的变化来确定位置和姿态。
海洋重力扰动主要来源于地球引力梯度的变化和海底地形的变化。
地球引力梯度是指地球引力的垂直变化率，可以通过船舶或潜水器上的测量仪器进行测量。
海底地形的变化会影响重力场的分布，进而影响导航结果。
海洋重力辅助导航方法的基本原理是测量引力梯度，通过解算引力梯度场的变化来确定位置和姿态。
常用的测量设备包括重力仪、惯性导航系统、全球定位系统（GPS）和声纳系统等。
重力仪用于测量引力梯度场的变化，惯性导航系统用于确定初始位置和姿态，GPS用于获取地球表面的位置信息，声纳系统用于测量海底地形的变化。
海洋重力辅助导航方法的应用非常广泛。
在海洋调查方面，它可以用于获取海洋地球物理、海洋地质和海洋生物学的数据，并提供精确的位置和姿态信息。
在海洋勘探方面，它可以用于确定石油和天然气资源的分布情况，帮助企业制定开发方案。
在海底地质研究方面，它可以用于探测海底地壳运动和海底地质构造的变化，帮助科学家研究地球动力学和地质灾害。
海洋重力辅助导航方法具有以下优点：首先，它能够提供高精度的位置和姿态信息，有助于准确测量海洋地理现象。
其次，它不受天气条件的限制，可以在恶劣的海洋环境下进行导航。
再次，它不需要依赖地面设施和外部信号，具有独立性和自主性。
然而，海洋重力辅助导航方法仍然面临一些挑战。
首先，测量设备的制造成本较高，需要精密器件和高级算法来实现高精度的测量。
其次，由于海洋环境的复杂性，海洋重力场的变化会受到多种因素的干扰，如潮汐、洋流、海洋生物等。
海洋地球物理探测4—海洋重力测量3
GM D2
式中：G=6.67×10-11m3／(kg s)，
D的单位为m，M的单位为t。
（2）异常相对原点对称分布。当
x 时，异常趋近于零。
均匀球体的理论异常示意（剖面） 均匀球体的理论异常示意（平面）
（3）在平面图上，异常等值线为以球 心在地面的投影点为圆心的不等间距 的同心圆。
（4）当某点的异常值为极大值的1／n时，对应的该点横坐
可得到其表达式为：
g
V z
Vz
G
V
( z)ddd
(
x)2
(
y)2
(
z)2
3 2
(1)
g
GMD (x2 D2)3
2
b. 重力异常特征
（（ab））
g
GMD (x2 D2)3
2
（1）x=0(即原点)处，异常取得极大值
为：
g m a x
g
GMD (x2 D2)3
2
（5）当D不变，使M加大或减小m倍时，异常也同样加大或减 小m倍；当M不变，D增大m倍时，异常极大值减为原值的1 m，2
而 x1 n 值将增大为原值的m倍。所以，随着D的加大，异常迅
速衰减，曲线明显变缓。
1.在实测重力异常平面图上，近于圆形或长短轴差别不大 的近椭圆形异常，多半是近于球形地质体产生的；
海洋地球物理探测
第四章 海洋重力测量
§4.1 重力场的基本特征 §4.2 野外测量方法 §4.3 重力异常的计算 §4.4 重力资料解释方法 §4.5 重力法的应用
正演问题与反演问题：
正演问题 就是给定地
下某种地质体的形状、产状和剩 余密度等，通过理论计算求取它 在地面上或空间范围内引起的异 常大小、特征和变化规律等，即
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（2） 重力异常对沉积盖层内部的直接反映。
一些实际资料表明，重力异常也会与沉积盖层 之间存在着直接的联系，例如重力值大反映的是隆 起，重力值小反映的是凹陷，或者相反。
其它如断层等地质因素也同样存在着直接联系， 不过存在这种情况需要条件：①结晶基底埋藏较深； ②在沉积盖层中存在着明显的密度界面；③沉积盖 层中的构造幅度大；④无显著的区域重力背景干扰。
➢垂直加速度的影响
受波浪的作用，测量船在航行过程时不可避 免地会产生垂直方向的涌动，该运动作用在海 洋重力仪的传感器上就反映出垂直方向的附加 加速度。
理论上讲，只要在一段时间内连续进行观测并 取其平均值就可以消除垂直附加加速度的影响。 但实际上由于垂直附加加速度的量级大大超过了 重力仪的测程，单靠取平均值是无法消除的。
海洋重力仪在测量时受到的扰动加速度 虽然分为垂直加速度和水平加速度两种。但 当它们相互作用在摆杆型重力仪上时，一旦 满足特定的条件就会产生附加的重力扰动。 这种现象称为交叉耦合效应，简称为C效应。
将两台重力仪摆杆的方向相反做相对排 列，通过取出各重力仪输出之和也能消除C 误差。
➢船姿倾斜的影响
测量船的横摇和纵摇都破坏了海洋重力仪的 垂直状态，这对海洋重力测量有很大的影响。
只有通过增设附属设备，使得重力仪在测量 船摆动的状态下仍然保持垂直。
海洋重力异常的解释
在平面上表示出测网及其上每个观测点的布格重力异常值，可用平滑的 曲线将相同的布格重力异常值连结起来，得出等值线。这样，根据比例尺 要求，按一定等值线距组成的等值线平面分布图，即布格重力异常图。
引起布格重力异常的地质因素很多，其中主要的有：
基底表面起伏就可以成为引起 重力异常的主要地质因素，这时 的重力异常可以用一个密度界面 的公式，计算基底表面的起伏。
3、沉积岩层的结构
我国某地区布格重力异常平面图
（1） 重力异常与沉积盖层内部结构的间接联系
具体表现为：①重力异常走向常与构造走向相一致。 ②构造轴的位置有时在重力异常边缘的重力梯度高值 带上，或者与异常近似重合。
海底重力测量（沉箱法和潜水法） 海面（船载）重力测量 海洋航空重力测量 卫星海洋重力测量
海面重力测量
海面重力测量是将仪器安装在航行的船上，在计划 航线上连续进行观测。
海洋重力仪工作时，受动态外部环境的影响很大。 ✓ 水平加速度的影响 ✓ 垂直加速度的影响 ✓ 厄缶效应的影响 ✓ 交叉-耦合效应（C效应）的影响
海洋重力测量的干扰影响
➢水平加速度的影响
重力测量船在实施重力测量时，与海水面平行 的任意方向如果存在加速度，则会对重力测量成 果产生一定的影响，这种影响称为水平加速度的 影响。
产生水平加速度的原因主要是测量船航向和 航速的变化。为了消除水平加速度的影响，船应 尽量保持匀速直线运动。同时，海洋重力仪应在 结构上采用相应的措施，限制传感器在水平方向 的运动，使水平加速度的影响尽可能减小。
1、地壳的深部结构
布格重力异常与地壳厚度关系
2、结晶基底的起伏 （1）基底内部结构对重力异常的反映
基底的重力异常曲线
（2）基底断裂对重力异常的反映 断裂在重力资料中的表现
形式是多样的，其主要形式 有重力等异常线的密集带和 异常曲线的扭曲带。
重力异常密集带示意图
（3）结晶基底表面起伏的重力异常反映
尽管上述地质几何形体能够给出相应重力异常 的分布曲线，然而根据重力异常曲线来推断地质形 体的几何形状与产状却往往出现有多种可能的解答。
谢谢！
组长：李雷 组员：吴祺育 高亚龙 宋洪圆
海洋重力仪的传感器都采用强阻尼的办法来削 弱这种周期性垂直加速度的幅度。
➢厄缶效应的影响
作用在重力仪弹性系统上的离心力是地球 自转惯性离心力和测量船速形成的离心力的 合力，导致测量重力值不等于实际重力值， 这种现象称之为厄缶效应。
只要测出船的航速V和航向角A，就可按公 式算出厄缶改正。
➢交叉-耦合效应的影响（C-C效应）
第九章
海洋重力测量 Marine Gravimetry
主讲人：吴祺育
海洋重力测量的意义
海洋重力测量为研究地球形状，精化大地水准面提 供重力异常数据。为地球物理和地质方面的研究提供重 力资料。在军事方面，可为空间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ行器的轨道计算和惯 性导航服务，提高远程导弹的命中率。
海洋重力测量的方式
海洋重力测量是在海上测定重力加速度的工作。按 照施测的区域可分为: