常规重力测量观测的是重力位垂向一阶导数△g或Vz。而重力梯度测量测的是重力位 一阶导数Vx，Vy，Vz在x，y，z三个方向上的变化率，共有九个要素，而实际只应用 Vxx，Vyy，Vyz，Vxy，Vxz和Vzz六个要素。
我国在20世纪50～60年代使用过的扭秤，测量的是Vxz，Vyz，2Vxy，V△＝（Vyy- V1），不能测量Vzz。扭秤梯度仪在20世纪20年代的美国油气普查勘探中是唯一的有效 工具。但由于仪器笨重、效率低，梯度数据的解释方法又没有跟上，20世纪30年代以 来，被地震法、重力摆仪及重力仪所取代。然而，由于重力梯度值具有重力值所没有的独 特的优点，重力梯度测量并没有消失，重力梯度值一直以不同的形式得到应用。20世纪 70年代，美国海军的一项秘密技术——新型的重力梯度仪及三维重力梯度测量技术公开，在海洋石油勘探及航空重力梯度测量领域开始得到应用，已经显示出良好的应用前景（曾 华霖，2005）。
与重力测量相比，重力梯度测量具有以下优点：
（1）重力梯度异常能够反映场源体的细节，即具有比重力本身高的分辨率。
（2）常规重力仪只测量重力场的一个分量，即△g，而一台重力梯度仪能够测量九个 重力场梯度分量中的五项；梯度仪测量中多个信息的综合应用能够加强应用重力数据作出的地质解释。
（3）梯度仪可在运动环境下进行测量。
（4）重力梯度测量数据能够提高地质特征的定量模拟质量。
（一）重力梯度计算值的应用
扭秤梯度仪没有得到广泛的应用，其原因并非重力梯度值本身没有价值，而是测量仪 器的缺点。重力异常梯度的优势在于它是重力异常的变化率，反映了地下密度突变引起重 力异常的变化，因此它具有比重力异常更高一级的分辨率。目前有些国家虽然没有高精度 梯度仪进行梯度测量，但已经应用理论公式或频率域方法，把重力异常变换为各阶导数，例如 等，在重力解释中加以利用。
近50年来，重力二阶导数法一直在数据处理中被应用于从叠加异常中分离局部异常，用于突出局部构造、岩体或矿体引起的异常。
重力梯度异常是应用重力法寻找断裂的主要依据。这是因为具有垂直位移的断裂可以看做是台阶，而重力梯度对于台阶的棱边特别敏感。
根据重力剖面向上延拓不同高度值的水平二阶导数零点位置的横向偏移，在已知模型上顶面深度的条件下，可求出水平板模型斜截面的倾角、水平厚度及位置。
重力异常梯级带清楚地显示出大断裂的水平位置，而应用重力垂向二阶导数的相关分析，能够有效地发现次级断裂。
利用理论公式将重力异常变换为各种重力梯度值，已经表现出比重力异常好的优越 性。但是，计算值毕竟不是实测值。与实际测量值相比，计算值有许多缺点。例如，理论 模型计算表明，由一些理论公式计算出的重力高阶导数比模型理论值小许多，无法用于定 量解释；与实测值相比，理论计算结果比较光滑、规整，缺少实际地质体引起的异常细 节；用重力异常变换为高阶导数的频率域方法，实际上是一种高通滤波器，这个滤波器除 了突出叠加异常中的局部异常外，还特别放大了地表浅部或由比探测目标小的地质体引起 的局部干扰及观测误差（即高频干扰），计算出了许多虚假的导数异常。这是重力数据处 理、解释中经常遇到的难题（曾华霖，2005）。
（二）新型的美国海军重力梯度仪
在20世纪70年代，出于对导航和导弹发射的需要，美国海军研究了一个测量重力梯 度系统——Bell重力梯度仪。该仪器一度为国防秘密。冷战结束，这项军事技术开始用于勘探地球物理及其他领域。1995年以前，美国海军开始探索把这一潜水艇重力梯度技术 作为民用。
Bell重力梯度仪是由12台分开的重力仪组成，当这些重力仪在“罗经柜”（“binnale”）中翻转时，便测量了1m内地球重力的差值，结果得到重力、重力场的全部张量或重力的三维变化的精确测量值。因此，重力梯度测量有可能以更高的分辨率和精度绘制出盐丘以 下的密度差异图（曾华霖，2005）。在墨西哥湾的测量表明，梯度测量的精度估计为每 1km范围内0.5E，大约相当于0.05×10-5m·s-2/km。Bell Geospace公司已经应用美国 海军潜水艇在墨西哥湾深水中进行三次重力梯度测量，发现了一个巨大的推覆构造，继而 找到了一个大油田。
（三）重力梯度仪测量数据的应用
虽然重力梯度仪测量目前还是在极少数国家进行小规模的工作，但是已经在下列方面得到了成果：
（1）在石油勘探中，重力梯度能够改进地震法难以作出的盐层底部的图像。应用重力梯度，能够反演出盐层侧面的陡度、浅部形态的细节及最大深度。
（2）重力梯度测量对于油气藏随时间变化具有监测能力，重复该项测量可以监测生产过程中石油的移动轨迹等。
（3）梯度测量数据或者通过重力数据变换为垂直梯度，能够有效地进行三维处理以描述密度间断，改进重力解释的结果。把解析信号和水平梯度极大值联合用于三维重力解释，能够识别密度边界及地质接触带的倾斜方向。
（4）研究基底起伏。