万有引力公式为：

（1）

式（1）中，和为两个物体的质量（如地球和月亮，或地球和你），力从一个质量体指向另一个，为万有引力常数，为和之间的距离。

牛顿第二定律公式为：

（2）

联合式（1）和式（2），加速度公式为：

（3）

式（2）中，假设为地球质量，为质量体m至地心的距离，则即为重力加速度。在地球表面赤道上，约为9.8米/秒²。的大小及其变化取决于和。

重力加速度g的国际计量单位为米/秒²，另外一个为厘米/秒²，简称伽（Gal）。在地球物理和大地测量领域，重力测量的单位通常使用毫伽（1毫伽=0.001伽），重力单位（gravity unit; gu，1 gu= 0.1 mGal），微伽（1微伽=1×10^-8米/秒²）。地球表面赤道上g值约9.8米/秒2=978伽，或978031.85毫伽，或978031850微伽，或9780318.5重力单位。

重力测量分为地面重力测量、海洋重力测量、航空重力测量和卫星重力测量。地面重力测量主要分为绝对重力测量和相对重力测量。其中，绝对重力测量分为摆式、自由落体式和上升-下降式；相对重力测量分为流动重力测量和台站重力测量。

实际上，利用重力仪器进行重力测量，其测量目标为重力加速度的垂直分量。

①根据需求（目的、精要）设计重力测量观测网，含绝对重力点（基准点，通常保证3个以上、基本覆盖测网量程范围）、相对重力点（基本点）。

②利用绝对重力仪对基准点进行连续绝对重力测量，测量完毕后进行重力垂直梯度测量。

③利用相对重力仪对所有重力测段进行段差测量，通常采用对称往返方式进行测量，即观测方式，同时对每个测点进行三维坐标测定，如快速静态GNSS测量。

④基准点绝对重力测量、重力垂直梯度测量完成后，对绝对重力测量原始数据进行光速有限性、固体潮、海潮负荷、极移、大气压力和重力垂直梯度等改正，确定该基准点的重力值g。

⑤对相对重力测量数据进行预处理改正，包括仪器高度、固体潮、海潮、大气压力、零点漂移等改正，获得所有相邻测段的重力段差值。

⑥以基准点的重力值作为起算点，对整个测网的重力段差进行网平差，获得各个测点的重力值及其精度。

对于重复观测网，将两期或多期数据进行较差后，可获得研究区域重力变化图，可用于构造相关的地壳垂直运动，以及大型水库蓄水、地下水变化、局部质量变化等监测。

对于台站重力测量，对数据进行固体潮、海潮、极移、大气压力等地球物理和环境因素改正，去除仪器零漂后可获得非潮汐变化，可用于局部地壳垂直形变和质量变化监测；同时可利用长期连续观测数据进行调和分析，获得测点及周边区域的潮汐基准。

为了获取重力网中每个测站的重力值，在重力网平差之前需要将相对重力仪在每个测站的读数进行重力格值转换、重力固体潮改正、大气压力改正和仪器高改正等，使得相邻测站之间形成单程重力段差，作为重力网平差的观测值，将绝对重力测定的重力值作为重力网的起算基准，以提高重力网的点值精度。

①重力格值转换

相对重力仪在测站的读数根据厂家提供的格值表转换为重力值，转换公式为：

（4）

式（4）中，为仪器读数每100个分划间隔的最大整数所对应的重力值，为仪器格值间隔因子。

②仪器高度改正

该改正的仪器高度通常指仪器传感器至地面的垂直高度，在仪器调整过程中高度变化一般不超过0.5cm。

（5）

式（5）中，为以cm为单位的仪器安置高度。

③零点漂移改正

将一台相对重力仪在某固定测站上，每间隔一定时间进行一次读数，经潮汐、大气压等预处理后的重力数值不断变化，且时间越长重力差越大，称该现象为零点漂移。产生零漂的根本原因是零长弹簧长期受力作用而产生弹性疲劳，造成永久形变的结果。

假设往返观测路线为，在点起始和闭合的观测时刻分别为和，重力预处理值分别为和，则零漂率及零漂改正为：

（6）

经过以上改正的后的预处理重力值为：

（7）

④绝对重力观测误差方程

若测点有绝对重力观测值，其误差方程为：

（8）

式（8）中，表示点由绝对重力仪测定经各种改正后绝对重力值，为点的平差值，为误差改正数。

⑤相对重力联测误差方程

以单程重力段差作为观测值来建立平差模型，误差方程为：

（9）

式（9）中，和为测点、上的平差后的重力值，和为测点、上经预处理后的重力值，和为重力仪在测站、上的观测读数，和分别为重力仪的一次项和二次项格值改正系数，和为重力仪的周期项误差参数，为周期，为零漂率。

当重力仪的某些系统误差的影响系数未知时，可以将这些系数作为未知数代入误差方程，通常根据需要在平差过程中进行解算。在重力长、短基线场中，和均为已知值，重力长基线观测数据经平差后解算和，重力短基线场观测数据经平差后解算和。在确定了、、和后，经平差后可以解算各测站的重力值及仪器的零漂率。

⑥观测值权的确定

设一台仪器有两相邻的段差值：

（10）

写成矩阵形式，展开为：

（11）

设每台重力仪为等精度测量，其中误差为，则的方差为，对角矩阵为，根据协方差传播律，得到某台仪器观测值的协方差阵：

（12）

对于绝对重力测量，设的中误差为，则的方差为，若测网中有个绝对重力测量值，对角矩阵为，则其观测值的协方差阵为：

（13）

则基于绝对重力测量控制下的相对重力测量的协方差矩阵为：

（14）

⑦网平差计算

设单位权方差为，则，观测值权，，，，系数矩阵为，则，根据间接平差理论有：

（15）

式（15）中，后验中误差中为总的观测量，为必要观测数。

设在重力观测网中，为总测点数，为全部起算数据数，为仪器台数，每台仪器系统误差参数的一次项、二次项和周期项个数为，若已知，零漂率在平差中进行解算，则，若未知，则。

①纬度改正：从赤道到极点，重力变化约为5000毫伽，其梯度在45°处最大，约0.8毫伽/千米。通常需要对重力进行正常重力改正，。

②自由空气改正：高程变化对于重力值的影响非常明显，1厘米变化引起约3.086微伽的重力变化。现代重力仪能够检测到～1厘米的高程变化，在地形变化显著的山顶和山脚，重力段差可达2000毫伽。通常需要对重力进行自由空气改正，即。

③层间改正：假设地面和大地水准面均为平面，将这两个平面间的质量去掉，即为层间改正，。

④局部地形改正：考虑到测点及其附近地形的不规则性（平地、山或谷），由于地形并不是平面，必须考虑地形的实际情况，还需要去掉测点水平面上部空间的质量，补上其下部空间的质量，即局部地形改正，。

进行上述改正后，可获得测区测点的完全布格重力异常值，。该异常值及其图像可利用低通滤波方法进行深部界面（如Moho面）反演，也可进行数据深加工，比如结合Moho面等先验信息利用向上延拓、小波分析、多项式拟合等方法进行区域异常拟合，扣掉该影响后获得残差重力异常，分析场源视深度、大尺度的构造异常（盘地和区域地质）、油气、矿物勘探、地下密度反演等。