为研究地球形状和地球内部构造、探查海洋矿产资源、保障航天和战略武器发射等提供海洋重力场资料。主要包括传统的海底重力测量和船载重力测量，以及后续发展的机载海洋重力测量、卫星测高反演海洋重力场和卫星重力测量等方法。

从20世纪初起步，传统的海洋重力测量依据其发展演变特点，可以根据海洋重力仪的技术发展水平分为三个阶段，即20世纪初至50年代的实验探索阶段，60至80年代的成熟阶段，90年代至21世纪初的快速发展阶段。

20世纪初至50年代。各国科学家先后尝试使用气压、弹簧、振动弦和摆等不同原理的装置，探索实施海上重力测量的可能性。1903年，使用气压式海洋重力仪开展了第一次海上重力测量工作，取得了约±30毫伽的测量精度；约30年后，通过改进气压式海洋重力仪，测量精度提高到了±5毫伽；1923年，首次在潜水艇上使用摆仪进行海洋重力测量，此后一直将海洋摆仪作为海洋重力测量的仪器，直到20世纪50年代末期才逐步被摆杆型重力仪所取代，海洋摆仪被称为第一代海洋重力仪。早期的海底重力仪由潜水钟加陆地重力仪构成，在密封容器中进行人工观测。20世纪40年代出现遥控观测海底重力仪，但工作水深通常不超过200米。1949年，研制成功第一台振弦式重力仪，后通过改进设计方案，使其适用搭载于普通船只进行海面重力测量。1957年前后，联邦德国的Graf-Askania公司通过改进杠杆弹簧扭秤型（GS系列）陆地重力仪，探索在普通水面船只上进行重力观测的可能性，由此诞生第一型被命名为GSS系列的摆杆型海洋重力仪。同期，美国的LaCoste&Romberg公司通过改进助动金属零长弹簧型（LCR系列）陆地重力仪，制造出第二型被命名为L&R系列的摆杆型海洋重力仪。

20世纪60至80年代。20世纪60年代以后，随着海洋矿产资源开发需求的增加，海面船载重力测量技术得到更多关注和投入，海洋重力仪研制也获得较大突破，从而开启了海洋重力测量的成熟作业阶段。1962年，Graf-Askania公司推出了GSS2型重力仪，显著增强了仪器抗环境干扰能力，有效提高了海上动态测量精度。1976年，Bodenseewerk公司推出了由陀螺稳定平台和附属设备共同组成的KSS5型海洋重力仪系统，是摆杆型海洋重力仪最具代表性的型号之一。同期，LaCoste&Romberg公司也对L&R摆杆型海洋重力仪进行了比较全面的改进，增强了L&R型海洋重力仪的适用性。由于受交叉耦合效应影响是摆杆型海洋重力仪的固有缺陷，为了规避该项影响，Bodenseewerk公司从20世纪60年代初开始启动轴对称型海洋重力仪（通常被称为第三代重力仪）的研制工作，LaCoste&Romberg公司和美国贝尔航空公司（Bell）也随后加入该型重力仪的研究行列。至80年代，轴对称型海洋重力仪已经趋于成熟，最具代表性的实用型产品是Bodenseewerk公司生产的KSS-30和美国贝尔航空公司生产的BGM-3两型海洋重力仪。除了摆杆型和轴对称型海洋重力仪以外，振弦型海洋重力仪在这个时期也一直得到不断改进和完善自身的技术性能，特别是在日本、美国和苏联等国家，该型仪器得到了较快发展和应用。

20世纪90年代至21世纪初。20世纪90年代，受现代制造工艺技术进步和各类应用需求驱动，海洋重力测量技术迎来了快速发展周期。新型海空重力仪不断涌现，应用广度和深度持续扩展。Bodenseewerk公司先后将KSS-30升级为KSS-31和KSS-32，Bell航空公司将BGM-3升级为BGM-5，Micro-g LaCoste公司（前身为LaCoste&Romberg公司）对L&R型重力仪的升级更新速度更是前所未有。从前期的用陀螺稳定平台替代常平架到中期的用电容读数装置替代光学读数，用全数字控制系统替代模拟系统，再到用电磁力反馈替代步进电机精密螺杆，重力仪型号也从原先的L&R常平架型发展为S型、Air/Sea型、TAGS型、TAGS-6/MGS-6型。虽然新型重力仪的核心部件仍然使用零长弹簧斜拉摆杆，但由于采用了电磁力全反馈调节技术替代步进电机驱动精密螺杆调整弹簧张力，可将摆杆始终锁定在零位，几乎不受交叉耦合效应的影响。同期，俄罗斯的重力测量技术公司和加拿大的微重力（CMG）公司合作推出了GT系列海空重力仪；俄罗斯的圣彼得堡中央电气研究所推出了Chekan-AM海空重力仪。新型海洋重力仪的标称精度为毫伽，在精密全球导航卫星系统（GNSS）技术的支撑下，海洋重力测量精度可达±1.0～±2.0毫伽。

中国海洋重力仪自主研制工作始于20世纪60年代初期。1963年，中国科学院测量与地球物理研究所研制成功中国第一台HSZ-2型海洋重力仪；1981年，国家地震局地震研究所研制出ZYZY型摆杆式海洋重力仪；1984年，中国地震局地震研究所联合中国科学院测量与地球物理研究所，研制成功DZY-2型海洋重力仪，内部检核精度为±2.4毫伽。1986年，中国科学院测量与地球物理研究所历经6年的技术攻关和试验，研制成功了CHZ型轴对称式海洋重力仪，曾先后三次与进口的KSS-30型海洋重力仪在海上同船作业，比对评估结果为：CHZ型海洋重力仪的测线交叉点不符值中误差为±1.35毫伽，对应于KSS-30型海洋重力仪的不符值中误差为±2.27毫伽。2010年，中国船舶重工集团公司第707研究所推出了GDP型原理样机，并相继开展了一系列静态、动态、船载和机载测量试验，取得了较好的评估效果。2011年，中国科学院测量与地球物理研究所重启了CHZ型海空重力仪的升级改造工作。

随着技术的发展，进而出现了机载海洋重力测量、卫星测高反演海洋重力场和卫星重力测量等新方法。

起步于20世纪60年代，美国空军1958年使用海洋重力仪开展机载重力测量试验，但由于受高动态条件下载体运动加速度测定精度的制约，直至20世纪80年代初机载重力测量技术并未取得实质性进展。到了80年代后期，随着全球定位系统（GPS）动态相位差分精密定位技术的出现，解决了飞机载体运动加速度的高精度测定难题，机载重力测量技术才得以获得突破，并逐步实现商业化运行，测量精度可达毫伽。特别是全球导航卫星系统实时动态差分定位（GNSS RTK）技术、精密单点定位（PPP）技术的发展，为广阔海域实施机载重力测量提供了技术支撑。

始于20世纪70年代，自1973年天空实验室卫星Skylab发射升空后，外国学者即开始了利用卫星测高数据推求海洋重力异常的理论和方法研究，形成了数值积分法、最小二乘配置法和谱方法等反演计算方法。美国、欧空局、法国、中国先后发射了多颗测高卫星。利用多代测高卫星资料推算最新海洋重力场数据集，其网格间距已达1′×1′，与船测重力比对的精度已可达±3.0～±5.0毫伽，有效地改变了海洋地区的重力测量状况，填补了占全球70%的海洋重力测量空白。

卫星重力测量分为卫星跟踪卫星测量（SST）和卫星重力梯度测量（SGG），其构想早在20世纪60年代就已提出，但直到20世纪末，仅开展了SST或SGG卫星重力探测技术的一些模拟试验和测试。自从卫星测高于20世纪80年代中期获得成功以来，加快了SST和SGG的进程，特别是高动态星载GPS接收机在Topex/Poseidon获得成功应用后，20世纪末至21世纪初，国际上相继提出并实现了CHAMP（2000）、GRACE（2002）和GOCE（2009）等卫星重力测量计划。基于CHAMP和GRACE观测数据，已建立了多个纯卫星重力场模型和组合重力场模型，GOCE获得了精度更高的260阶次纯卫星重力场模型。

将重力仪安置在海底，利用遥测装置进行测定，通常适用于在深度浅于200米的海域作业，现代化的海底重力仪可在深达4000米的海底开展工作。特点是几乎不受海上各种动态环境因素的影响，观测值为离散点值，精度可达±0.02～±0.2毫伽，但实施技术难度大，效率低，仅少数特殊应用需求采用此种测量方式。

将海洋重力仪安装在测量船上，在航行中进行重力测量，是海洋重力测量的基本方法。海面船载重力测量的测线网一般布设成正交形状，主测线尽量垂直于区域地质构造线方向，作业时，测量船尽量按计划测线匀速航行。测量精度主要取决于重力仪的观测精度和定位精度。仪器受到的干扰加速度影响主要有：①厄特弗斯（Eötvös）效应。又称科里奥利加速度影响。是因载体相对于地球运动，改变了作用在重力仪上的惯性离心力而对重力观测值产生的影响。②水平加速度影响。因波浪、海流和机器震动等因素，引起载体在水平方向上的周期性干扰加速度对重力观测的影响。③垂直加速度影响。因波浪、海流和机器震动等因素，引起载体在垂直方向上的周期性干扰加速度对重力观测的影响。④交叉耦合效应。又称CC效应。摆杆型重力仪安置在陀螺稳定平台上进行测量时，由于周期相同、相位差的垂直加速度和水平加速度共同作用在摆杆上产生的一种效应。船载重力测量是获取高频海洋重力场信息的主要方法，其分辨率可达1～2千米，测量精度可达±1.0～±2.0毫伽。

将重力测量系统安装在飞机上，在飞行过程中对海区实施的重力测量，是20世纪末GNSS精密导航定位技术、激光技术、计算技术和数据采集技术在重力测量领域高度集成的产物。机载重力测量系统主要包括重力传感器分系统、定位传感器分系统、数据采集记录分系统和高度、姿态测量等辅助分系统。重力传感器分系统用于测定瞬时比力，定位传感器分系统用于测定载体的位置、速度和加速度。机载海洋重力测量与船载重力测量一样，同属动态重力测量，需对观测数据进行垂直加速度改正、厄特弗斯改正、水平加速度改正和姿态改正，为了获得海面点的重力值还需将空中重力值向下延拓，机载海洋重力测量数据处理技术难度远比船载重力测量复杂。机载海洋重力测量可快速获取海陆交界的滩涂地带及浅水区域等困难区域的高频重力场信息，其分辨率可达10千米，测量精度可达±2.0毫伽。

利用雷达测高仪测得卫星到海平面的距离，运用数值计算方法反演得到海面重力值。主要的反演方面有数值积分法、最小二乘配置法和谱方法等反演计算方法。卫星测高反演海洋重力场技术较好地解决了海洋重力场的确定问题。但由其推算的海域重力高频信息的精度和分辨率仍与船载重力测量、机载海洋重力测量方式有一定的差距，在离海岸较近的浅水区域，这种差距尤为明显，并在两极地区存在盲区。

利用星载重力传感器、定位传感器、姿态传感器和星间距离跟踪传感器组合系统进行空间重力测量的技术。根据观测原理的不同，卫星重力测量可分为卫星重力梯度测量（SGG）和卫星跟踪卫星测量（SST）。前者通过在卫星上安装重力梯度仪，直接测定海面重力场参数。后者通过观测两颗卫星之间的距离变化，直接测定地球重力场的细部结构，进而反演海面重力场参数。卫星重力梯度测量法和卫星跟踪测量法只能测定地球重力场的中长波分量，所推求的地球重力场模型相应地面分辨率可达80千米。

卫星重力测量技术可以较高的精度测定全球海洋重力场的中长波分量，卫星测高技术可以数千米的分辨率反演全球海域重力场，但卫星技术获取的海域重力高频信息的精度和分辨率仍与船载海洋重力测量、机载海洋重力测量方式有一定的差距。船载海洋重力测量是获取高精度、高频海洋重力场信息最有效的方式，既适用于广阔海域的深水区测量，也可用于卫星测高技术反演重力场精度较低的近岸和岛礁周边海区测量。而对于难以开展船载海洋重力测量的特殊区域如海陆交界的滩涂地带、海岛周边及其浅水区域，机载重力测量则可以快速、经济、大面积地获取这些困难区域分布均匀、精度良好的高频重力场信息。因此，综合运用地面重力测量、海底重力测量、船载海洋重力测量、机载重力测量、卫星测高和卫星重力测量技术，仍将是今后相当长时间内获取全频谱精细全球海洋重力场信息的有效技术途径。随着无人船、水下潜器和无人机技术的发展，采用母船搭载多艘无人船、水下潜器和无人机以机动方式开展同步分布式立体海洋重力测量作业，将成为未来海洋重力测量新的作业模式。