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# 大地測勘(geodesy)

## 地表測量

## 地底測量
### **重力測勘法**
核心原理 : $F = {GMm \over {r^2}}$

#### 1.如何量測?
透過重力儀測得重力變化(計算彈簧伸長量或使小球做自由落體求出)，可得重力值(為地球本身引力及離心力的合力)。
除此之外，現今還有GRACE衛星(利用都卜勒原理量測2顆衛星間的距離變化，再以其它GPS衛星定位其飛行路徑，推算出衛星下方重力的變化)及GOSE衛星(超級精密重力儀)，在高空量測地表重力值。
- **重力等位面** : 將重力值相同的區域連結構成。最接近平均海水面的重力等位面稱為**大地水準面**。
- 若以大地水準面作為地球表面，地球形狀像是西洋梨形。而大地水準面與理想橢球面間的差距稱為大地起伏。若大地起伏大(呈現高區)，表示該地可能有地函物質上升；反之若呈現低區，則是地函物質下沉。

reference : [大地水準面](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E5%9C%B0%E6%B0%B4%E5%87%86%E9%9D%A2)

#### 2.重力異常
為地表重力與理論重力值的差異。重力異常又可分為2種

- **自由空間重力異常:**
將量測點(地表面)至基準點做緯度、高程差修正，故可得知「量測點(地表面)以下的質量分布」。可檢查地殼是否有達到均衡。

- **布蓋重力異常:**
將自由空間異常做地形及量測面與基準面間岩層質量所引起的重力效應修正。可得知「基準面下岩層的側向密度分布」。(為側向密度不同所推得。)

#### 3.用途
可應用在大規模的地質調查、油氣探勘、地下空洞調查、斷層調查及經濟礦物調查等方面。
最主要得出的數據為岩層側向密度分布。若得出的布蓋重力異常值大，表示該地層密度較大，可能存在背斜構造、火成岩侵入等；若重力異常值小，表示可能存在鹽岩穹窿等構造。

除此之外，大範圍重力觀測可以依據衛星的軌道變化得知重力異常分布，進一步監測海水面升降、洋流、冰川活動、及地殼回彈等現象。
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Q1:地面上量測的重力值大小，可能與那些因素有關? 又重力隨緯度變化的趨勢為何?
>A:
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:::success
***延伸資料 : [重力測勘法](https://tec.earth.sinica.edu.tw/geoclass/classfile/6Gravity.pdf)***
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### **磁力測勘法**
核心原理 : 詳見[地磁(geomagnetic)](/iZ-VGKi4QmuT-ZRHQf-mow)、電磁感應

#### 1.如何量測?
由於地球岩層因磁性礦物含量差異，而具有不同的磁感率；在地球磁場作用下，不同深度的磁體會各自感應出不同程度的感應磁場。
reference : [經濟部中央地質調查所論文](https://itdr.tw/dispPageBox/getFile/GetView.aspx?FileLocation=PJ-SITEVC%5CFiles%5CPrjFiles%5C151%5C&FileFullName=%E7%B2%BE%E7%B0%A1%E5%A0%B1%E5%91%8A.pdf&FileName=SR3470362389Y7vy7.PDF)

透過磁力儀量取地球磁場總強度、磁偏角及磁傾角。經修正後再將總磁場進一步分析成各個分量即可得知磁體分布位置。目前運用範圍較廣的磁力儀有以下2種 :
- **質子進動式磁力儀**
依據質子順著地球磁場的方向自旋的旋轉頻率（f），又其與地球磁場（Bt）有關，故可得一關係式表達地球磁場強度。

- **磁通量三分量磁力儀**
將支架做成三軸樣式，每一軸放一個高精度磁力儀，由飛機吊掛在空中來回飛行以量測各個軸向的地磁強度。

#### 2.磁力異常
將量測到的數據經過磁力修正，可得磁力異常值。此值越極端可表示該地越可能有磁性物質存在。
由於磁力對測點位置比較不敏感，故可將磁力修正簡單表示成下列式子 :

**磁力異常值=地磁場總強度觀測值-全球地磁參考場-日變化修正-時間修正-高程修正**

又，磁力異常值可分為「正異常」及「負異常」。
- **正異常**
岩石所帶的磁性與現今地磁方向相同，故總磁力較強，稱為正異常。
- **負異常**
岩石所帶的磁性與現今地磁方向相反，故總磁力較弱，稱為負異常。
#### 3.用途
可用於推斷地底的磁性物質分布(通常具有高磁性物質的岩石為火成岩，而火成岩常伴隨著礦床的產生，故也可用於尋找礦床，例如鐵礦。而背斜向斜構造若有磁性物質填充，也可能是一個磁力異常區)。海底擴張學說正是因量測到大西洋中洋脊兩側的磁場變化而提出的假說。

除此之外，還可以量測**居禮溫度面**。
- **居禮溫度面**
居禮溫度為物質失去磁性的溫度。居禮溫度面的深度則是表示地下有效磁場的最深深度。若一地居禮溫度面較深，表示當地地溫梯度較小；反之，居禮溫度面淺，地溫梯度大(例如:地熱區、中洋脊等構造)。
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***延伸資料：[磁力測勘法](https://tec.earth.sinica.edu.tw/geoclass/classfile/7Geomagnetic.pdf)、[空中磁測](https://ejournal.stpi.narl.org.tw/sd/download?source=10508-05.pdf&vlId=AADE4468-00EB-4C5A-ACD4-A194C41F0D34&nd=1&ds=1)***
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