如果地球的形状和内部介质密度分布为已知时，应用相应公式可求出地面上任一点的重力位。然而地球表面的形状十分复杂，而地球内部的密度分布及其变化尚属未知。因此，不可能直接求得地球的重力位。因此，引入一个与大地水准面形状十分接近的正常椭球体来代替实际地球体，并假定此椭球体内部物质密度均匀或呈同心层状分布。这样，球体表面上的重力位就可通过理论公式计算出来。通过计算所得的重力位和重力值分别称为正常重力位和正常重力 值。
目前确定正常重力位的方法主要有以下两种：
（1）拉普拉斯方法。即将地球的引力位按球谐函数展开，取偶阶带谐前几项之和，再加上惯性离心力而得到。这时的正常椭球面是一个旋转的扁球面。球面是一个旋转的扁球面。
（2）司托克斯方法。即根据地球总质量M，地球旋转角速度ω，地球椭球的长半轴a和地球扁率ε。确定椭球面上及其外部的重力位。这时的正常椭球面是一个严格的旋转椭球面。
由正常重力位推算得到的在正常椭球面的重力公式称为正常重力公式。其基本形式为
其中，gφ为地理纬度为φ的计算点的正常重力值，ge为赤道重力值，gp为两极重力值，ε为地球扁率，β为地球的力学扁率。
式（5-2）中的ge、β、β1是三个重要参数，可有多种方法确定，不同学者采用的参数值不同，相应的正常重力值公式也就不同。
值得指出的是，正常重力公式都只能在一定程度上反映大地水准面上的重力值，反映地球表面上重力变化的主要规律，与各点的实测重力值一般总是不等的。另外以下几点也非常重要：
（1）正常重力值只与计算点纬度有关，与经度无关；
（2）正常重力值在赤道处最小，而在两极处最大，其间相差可达5×104 g.u．；
（3）正常重力值沿纬度方向的变化率与纬度有关，在纬度为45。的地方变化率最大；
（4）正常重力值随高度增加而减少，其变化率约为－3.086 g.u./m。
地球处于不断转动之中，因此，地球上的重力是地球质量在地面上的引力与地球自转所产生的离心力之和。地球的重力场通常指的是重力在地面上的分布。但是，对重力的观测，无论是用振摆、自由落体，还是用光学干涉仪都很难获得高精度的绝对重力值，相反，重力差的相对测量要比绝对测量容易得多，以致可以达到很高的精度。重力仪的设计，基本上是使固定质量的力与弹簧或扭丝系统的弹性应力相平衡，其观测精度一般可在毫伽级范围内，而近年则出现微伽级重力仪，其观测精度已提高2～3个数量级。任何观测重力值g都是许多效应合成的结果。这些效应依次有：
（1）地球球体的作用与影响。地球的形状通常用等位面表示，在海平面附近的等位面称为大地水准面（Geoid），它可以近似地看成为圆球体，更精确的近似则为扁球体（扁率为1/298）。这样应用国际重力公式就可以计算出大地水准面上的重力值g0。
（2）高程变化的影响。观测重力值g受地形高程h的作用。因此，通常要将观测重力值换算到大地水准面上，称为空间换算或空间校正，并得到空间（Free Air）重力异常ΔgF：
其中，g h为地形高程校正值。在海洋地区内广泛使用空间重力异常，因为它反映大洋地壳中密度差界面的起伏。
（3）地球外壳表层厚度变化的影响。在大陆地区将此层称为中间层，其作用用半无限薄板的重力引力gm来表示。从空间重力场Δgp去掉中间层校正值gm，就得到布格（Bouguer）重力异常ΔgB：
它能反映大陆地区内不同密度差界面起伏的综合效应（如图5-5所示）。
图5-5 中国区域布格重力异常图
（4）重力学研究认为，地壳是处于均衡状态的。普拉特（Prett）的均衡假说提出，地壳在一个水平面上有相同的质量。而艾利（Airy）的均衡假说则认为地壳处于静水平衡并漂浮于致密的壳下层之上。根据重力均衡假说，计算其校正值，可求出重力均衡异常ΔgI，表现出地球内部质量分布的状态是盈余、亏损还是均衡。
重力已经在中国得到广泛的应用。首先，对全国海陆地区进行1 ： 500万和1 ： 100万的区域重力测量并编绘出多种重力图件，结合地质、地球物理资料进行综合解释，取得了对中国大地构造格架的基本认识，计算出莫霍面深度展布等。其次，对中国海陆沉积盆地开展了1 ： 20万的重力普查，对确定盆地边界，了解基底起伏，盖层构造以及远景评价作出贡献。第三，对湖南水口山铅锌矿、内蒙古白云鄂博铁矿以及国内铬矿、铜镍矿等多种矿床进行了1 ： 50000重力测量，在划分断裂构造、基底岩性、火成岩展布以及圈顶隐伏岩体等方面都取得良好效果。此外，高精度重力测量（0.08×10－5m / s2）和微重力测量（20×10－5m / s2）都取得良好的效果，展现宽广的发展前景。
图5-6 中国大陆莫霍面深度图（国家地质总局物探所）
根据布格重力异常ΔgB可以计算出莫霍面的埋藏深度，即地壳的厚度（如图5-6所示），因为莫霍面是地壳与地幔之间的分界面，有明显的密度差存在。或者也可以说，布格重力异常是受控于地壳厚度的。因此，在布格重力异常图上，重力梯级带既可能是不同块体的结合带，更可能是明显不同地壳厚度的分界。从图2-3中可以看出，中国大陆地壳厚度是三分的，中部在鄂尔多斯与四川盆地，地壳厚度为45 km左右，在其西部，即贺兰山—龙门山一线以西，地壳厚度巨大，在昆仑山—秦岭以北，为45～58 km，而在青藏高原则可达60～70km以上；在其东部，即在大兴安岭—太行山—武陵山一线以东，地壳厚度从38 km向东减薄，到冲绳海槽地壳只有18 km厚。这样，中国大陆地壳具有西部增厚而东部减薄的特点。
从中国大地构造及其演化历史可以看出，中国西部属特提斯（古地中海）域，特提斯海启闭依次受到下列碰撞造山作用：晚三叠世—早侏罗世时羌塘地体自南大陆漂移北上，与塔里木块体碰撞形成澜沧江—金沙江缝合线；晚侏罗世—早白垩世时，冈底斯地体也北上与羌塘碰撞，形成怒江—班公湖缝合线；随后晚白垩世—中渐新世时，印度北上与冈底斯碰撞形成雅鲁藏布江缝合线。这样中生代期间碰撞造山，使特提斯海启闭，地壳挤压增厚，而且南部厚于北部。中国东部属滨太平洋域，在晚白垩世—中渐新世时，太平洋板块扩张方向改变，俯冲于菲律宾海板块之下，出现马里亚纳海沟—弧—盆系，并向欧亚板块聚敛，中国海与中国东部出现地壳拉张、减薄，形成一系列新生代断陷盆地；在晚渐新世时，菲律宾海板块俯冲于欧亚板块之下，出现琉球海沟—琉球岛弧，弧后拉张出现冲绳海槽，随后中国东部沉降，接受中新世以来的新生代陆相沉积。这样，中国海陆就在地壳厚度、应力状态和重力特征方面具有三分的特点。
此外，相对重力观测仪器，从毫伽级重力仪器发展到微伽级重力仪，可以对地球内部构造的细节取得更进一步的了解，其中包括上地幔结构，进而探讨莫霍面的深度变化以及岩石层的密度与应力场等。卫星重力梯度仪是星载重力仪器，其测量海洋高程的精度可达10cm，测量空间重力梯度的精度也很高，从而成为测量全球引力场和精化大地水准面的现代先进手段。通过动力大地测量的甚长基线干涉技术（VLBI）、激光测卫技术（SLR）和全球定位系统（GPS），可以获得大地水准面的数据，它是地球内部物质结构与运动特征的几何表征，与地球深部结构有密切关系。因此，通过大地水准面的起伏与重力异常的精细结构探讨地球深部构造，甚至可以根据地球密度结构侧向不均匀性与地幔对流的关系，探讨板块运动的驱动力。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
