重力異常

提示：此條目頁的主題不是重力擾動。

EGM2008模型中，全球自由空間重力異常的分布圖（以毫伽為單位）

重力異常（英語：Gravity anomaly）在大地測量學中用於描述真實重力與正常重力之間的差異。在大地水準面上，某點處的真實重力矢量與該點沿法線到參考橢球面上投影處的正常重力矢量之差，被稱為該點處的重力異常矢量，該點處的重力異常則是這一重力異常矢量的大小。有時也稱這一重力異常為混合重力異常，而將大地水準面上同一點處的真實重力矢量與正常重力矢量之差（即重力擾動）稱為純重力異常。重力異常矢量的方向被稱為垂線偏差。

數學表達

設大地水準面上有某一點 $P$ ，其沿參考橢球面的法線 $n'$ 至橢球面上的投影 為 $Q$。 $P$ 點處測量得到的真實重力矢量為 ${\vec {\mathbf {g} }}_{P}$，而 $Q$ 點處計算得到的正常重力矢量為 ${\vec {\mathbf {\gamma } }}_{Q}$，則 $P$ 點處的重力異常矢量為：

$\Delta {\vec {\mathbf {g} }}={\vec {\mathbf {g} }}_{P}-{\vec {\mathbf {\gamma } }}_{Q}$

大地測量與地球物理學

新澤西州的布格重力異常分布圖（USGS）

在大地測量和地球物理學中，最常見的理論模型是橢球表面重力。

為理解源於地下的重力異常，應做一些必要的還原以測量重力值：

1. 除去理論重力只留下當地影響值。
2. 每個重力測量點的海拔值要還原至相關基準以便進行整體數據比對，這是地表修正（Free-air Correction），加上已除去理論值的重力觀測值便是地表異常（free-air anomaly）。
3. 正常的重力梯度（重力海拔變化率），如地表通常為0.3086伽/米（mGal/m），或考慮該點下面岩石平均密度（2.67 g/cm³）的布格梯度（Bouguer gradient）為0.1967伽/米（mGal/m, 19.67 µm/(s²·m)），該數值源於重力減布格板塊密度0.1119 伽/米（mGal/m, 11.19 µm/(s²·m)) 。簡言之，要做重力測量與大地水準面之間實質影響的修正。接著構建這兩個值的模型以形成無限多板塊的厚度，這些板塊沒有橫向密度變化，但是每個板塊與其上下的板塊的密度不同，這個就是布格修正（Bouguer Correction）。
4. 特殊情況下的數字地形模型（DTM）。一種由模型結構計算來的地形修正，計算陡側密度改變影響，如：高原、懸崖、陡嶺等。

因如上還原，使用不同方法：

• 自由空間重力異常：應用正常梯度0.3086，但是沒有地形模型。該異常表示該點向下移動，隨同整個地形形狀。這個簡易方法適用於很多大地測量應用。
• 簡單布格異常：按布格梯度（Bouguer gradient）向下還原0.1967。這種異常解決貌似在平原上的異常點。
• 完全布格異常（refined or complete Bouguer anomaly，通常縮寫為ΔgB）：使用標準密度2.67g/cm³（花崗岩，石灰石）儘可能準確地考慮數字地形模型（DTM）。布格異常可以表示地下岩石的不同密度影響，是理想的地球物理學方法。
  • 兩個不平衡地形的微分引力影響差值是地形影響，通常為負（達到100毫伽）。
  • 法耶重力異常（Faye's anomaly）與ΔgB的差值是布格歸算（Bouguer reduction），即地形引力。
• 特殊方法如Poincare-Prey，使用0.009毫伽每米（90 nm/(s²·m)）的內部重力梯度。該方法應用於鑽孔內部重力或特殊大地水準面的計算。

由於地殼均衡布格異常在山體中通常為負值：根部岩石密度比周圍地幔低。典型異常如阿爾卑斯山 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）中央值為負150毫伽（−1.5 mm/s²）。比較局部的異常應用於地球物理學：如果為正值，可能預示金屬礦石。在衡量整個山脈和礦體後，布格異常可以預測礦石種類。例如，橫跨新澤西中部的東北—西南走向山脈（見圖）

表示出一處由緻密玄武岩填充的三疊紀地塹。鹽丘在重力地圖中通常表現為低點，因為鹽的密度比石丘的密度低。異常可以幫助區分沉積盆地中填充的與周圍區域密度不同區——如英國與愛爾蘭的重力異常分布。

衛星測量

在太空中可以大規模地探測出重力異常。 美國德克薩斯大學太空研究中心及美國航空暨太空總署的重力復原及氣候實驗項目（Gravity Recovery and Climate Experiment, GRACE），使用兩顆精密測定其間距離的衛星，來全天候監測整個地球的重力改變。

天文學

空間中比預期質量密度高的區域會產生重力異常。觀測銀河系與其他星系間的重力異常引出暗物質假設。

另見

• 重力擾動
• 垂線偏差
• 重力測量
• 物理大地測量學

外部連結

• Bouguer anomaly theory
• Bouguer anomalies of Belgium. The blue regions are related to deficit masses in the subsurface - e.g. lower rock density beneath the mountains