根據地下介質的彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發地震波的回應，推斷地下巖層的性質和形態的一種地球物理勘探方法。
在地表附近用人工方法激發的地震波，向地下傳播時，如遇到介質性質不同的巖層分介面，會發生反射和透射，在地表或井中都可以用檢波器接收到這種地震波。所接收到的地震波信號不僅同震源特性和檢波點的位置有關，還同地震波經過的地下巖層的性質和結構有關。對地震波記錄進行處理和解釋，就可以對地下巖層的分層結構、深度、、起伏和巖石的彈性等作出推斷。這種勘探方法在分層的詳細程度和勘查的精度上，都優於其他地球物理勘探方法。
在石油和天然氣資源的勘查中，地震勘探已成為鉆探前勘探的重要手段。在煤田和工程地質調查，區域地質研究和地殼研究等方面，地震勘探也得到廣泛的應用。地震勘探主要利用縱波，可分為反射法和折射法兩種，在陸地和海上均可進行。探查深度可根據工作性質和任務來確定，一般可從數米到數十公裡。
發展簡史 地震勘探的早期歷史可追溯到19世紀中葉。1845年，近代地震學的先驅之一馬利特(R.Mallet)曾用人工激發的地震波來測量地殼中彈性波的傳播速度。這可以說是地震勘探法的萌芽。在第一次世界大戰期間，交戰雙方都曾利用重炮後坐力產生的地震波來確定對方的炮位。幾位有關的人員後來都成為地震勘探方法的開拓者。
反射法地震勘探最早起源於1913年左右費森登（R.Fessenden）的工作，但當時在技術上尚未達到能夠實際應用的水平。1921年，美國卡切爾(J.C，Karcher)把反射法投入實際應用，在俄克拉何馬州首次記錄到人工地震造成的清晰的反射波。1930年，根據反射法地震勘探的結果，在該地區發現瞭3個油田，從此反射法進入瞭工業應用的階段。
折射法的實際應用開始於德國人明特羅普(L.Mint-rop)，他於1919年申請到折射法的專利。從1924年開始的幾年內，利用折射法在墨西哥灣沿岸地區發現瞭很多鹽丘(一種儲油構造)，其中有不少已成為高產油田。30年代末，蘇聯Г.А.甘佈爾采夫等吸收瞭反射法的記錄技術對折射法作瞭相應的改進。早期的折射法隻能記錄最先到達的折射波；改進後的折射法還可記錄後到的各個折射波，並可更細致地研究波形特征。
50～60年代，反射法地震勘探的光點照相記錄方式，被模擬磁帶記錄方式所代替，從而可以選用不同因素進行多次回放，提高瞭記錄質量。隨後，模擬磁帶記錄又被數字磁帶記錄所代替，記錄的精度又有提高，並便於用電子計算機作靈活多樣的處理。
70年代初期，人們開始用地震勘探方法研究巖性和巖石中所含流體成分。根據地震反射波的振幅異常來判定氣藏，有許多成功的例子。從地震反射波記錄推算地層波阻抗及層速度的試驗，在條件有利時，已經取得瞭實際效果。
中國於1951年開始正式進行地震勘探工作。
野外工作概述 地震勘探的野外工作包括選定測線、佈置觀測系統，以及激發和記錄等項步驟。
選定測線 恰當地選定測線關系到提高地震勘探的效果。一般采取同地質構造走向相垂直的方向來安排測線。
能量源 常規的能量源是利用炸藥包在炮井中爆炸來激發地震波的。直到1953年引用落重法之前，炸藥是地震勘探中使用的唯一能源。現今發展瞭一系列的地面能量源，如重錘、氣動震源和連續振動源等。但炸藥仍是陸地地震勘探中經常使用的重要能源。在海域進行地震勘探，除可用炸藥在海水中爆炸外，還可用空氣槍、蒸汽槍和電火花引爆氣體等方法。（參見彩圖）
在中國新疆塔克拉瑪幹沙漠進行地震勘探放電
地震勘探震源氣槍的下水作業
使用人工地震物理方法探測地球內部構造 圖為中國西藏普莫雍湖投放十噸炸藥起爆時的現場
觀測系統 在地震勘探作業中，一般是用沿測線等間距地佈置48個（或更多）檢波器組來接收地震波信號。每個檢波器組等效於該組中心處的單個檢波器。各檢波器組由電纜同記錄車相連接，在記錄車上有放大器和記錄器。由每個檢波器組傳來的電信號通過記錄器，就可得到一道地震波形記錄，稱為記錄道。為適應地震勘探中各種不同的要求，各檢波器組之間可以有不同的排列方式，如中間放炮排列、端點放炮排列、T排列、Δ排列和十字排列等。記錄器把放大後的電信號按一定時間間隔離散采樣，以數字形式記錄在磁帶上。磁帶上的原始數據可以回放而顯示為圖形（圖1）。
反射法 利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。
原理 地震波在傳播過程中如遇到介質性質不同的巖層界面，一部分能量反射，另一部分能量透過界面(圖2）。設兩種介質中的縱波速度分別為v1和v2，則入射角θ1，反射角θí和折射角θ2遵從斯涅耳定律（見地震波）：
反射波和透射波的能量分配同介質的波阻抗 Z（介質密度同波速的乘積）有關。當波從介質1垂直入射時，反射波同入射波的振幅比稱為反射系數q，且有：
。
q的絕對值小於1，一般為10％左右，少數情況下可以超過50％。地下每個波阻抗變化的界面，如地層面、不整合面、斷層面都能產生反射波。用反射法可以從地面接收來自不同界面的反射波，從而可以詳細探明地下巖層的分層結構。如果各反射界面彼此十分接近，則相鄰界面的反射波往往合成一個波組，在記錄圖上不易分辨。在數據處理時，需要用反褶積方法來提高分辨率（見地球物理勘探數據處理）。
反射波的到達時間同反射面的深度有關，據此可以查明地層的埋藏深度及其起伏。隨著炮檢距（檢波點到震源的距離）的增加，同一界面的反射波走時（見地震走時表）按雙曲線關系變化，據此可以確定反射面以上介質的平均速度。反射波的振幅同反射系數有關，據此可以推算地層中波阻抗的變化，從而對地層的巖性作出推斷。
巖石孔隙中如含有不同的流體成分，巖層的縱波速度便不相同，從而使縱波的反射系數發生變化。特別是當所含流體為氣體時，巖層的縱波速度將顯著減小，同上下巖層形成很大的差別。因此，含氣層頂面和底面的反射系數絕對值往往很大，形成局部的振幅異常。這是尋找天然氣藏的一種線索。橫波速度同巖層所含流體無關，流體性質變化時，橫波振幅不會發生相應的變化。如果巖石本身性質有橫向變化，則縱波和橫波反射振幅都將發生相應的變化。因此，縱波法和橫波法聯用，可以對振幅變化的原因作出更可靠的判斷。
反射波在返回地面的過程中遇到界面又會反射，因此地面可以記錄到經過多次反射的地震波（圖2）。這種多次反射波一般很弱，其影響可以忽略。但如果地層中有反射系數絕對值很大的界面，則多次反射波也可能有很大的振幅，必須在數據處理中削弱這些反射波。
野外工作特點 在反射法勘探中，最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。在記錄反射波信號的同時，常可記錄到沿地表傳播的面波、淺層折射波和周圍的雜亂振動等。這些波對反射波信號形成幹擾，或稱噪聲。應用反射法的關鍵在於提高信噪比。衰減噪聲的主要方法是進行組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個檢波器。有時還用一組震源來代替單個震源。在數據處理階段，還要用濾波等方法進一步衰減噪聲。
反射法工作中經常采用多次覆蓋技術。連續地相應改變震源和檢波點在排列中的位置，使地震波總是在同一個反射點被反射並返回地面（圖3）。在界面水平的條件下，反射點在炮檢距中心點的正下方。圖中具有各種編號的震源和檢波點都有共同的中心反射點R，而相應的各記錄道組成“共中心點道集”。
常規方法是將48個檢波器組排列成直線，這樣得到的具有48個記錄道的波形記錄稱為地震記錄剖面。每個記錄道的波形都隨時間而變化。所以這種數據形式是二維的。若將檢波器組排在一個面積上，則可得到三維形式的數據體。三維地震數據經過專門處理後，可以用來詳查地層情況。這種工作方法稱為三維地震勘探。一般用於構造復雜並有希望找到礦藏的地區。
折射法 利用折射波（又稱明特羅普波或首波）的地震勘探方法。
原理 地下某一地層的地震波速如果大於上面覆蓋層的波速，則二者的界面可以成為折射面。當圖4中v2>v1時，可能發生θ2=90°的情形，此時的θ1稱為臨界角，記為i。於是
sini=v1/v2，
以臨界角入射的波產生的透射波沿界面滑行。介質2稱為折射層。沿界面滑行的波又能離開界面回到介質1中（見地震波），這種返回到介質1中的波在地震勘探中稱為折射波，此時地震射線同界面法線的夾角與臨界角i相等（圖5）。
折射法具有自己獨特的優點。在研究很淺或很深的界面、勘探斷層、尋找特殊的高速地層時，折射法比反射法所得結論更為可靠。
折射波的到達時間同折射面的深度有關。炮檢距對折射波的走時有很大的影響。折射波的時距曲線常接近於直線，其斜率決定於折射層中的波速v2。
野外工作特點 在震源附近有一個范圍接收不到折射波，這個范圍稱為盲區。因此，觀測折射波的檢波器組的排列必須佈置在盲區以外。折射法的炮檢距常是折射面深度的數倍。折射面很深時，炮檢距往往長達幾十公裡。
在大多數情況下，震源和檢波器組排列佈置在同一直線上，可以得到一個地震記錄剖面。為瞭勘查某些地質構造，如斷層或鹽丘等，震源與檢波器組的排列可以不在同一直線上，排列本身佈置成直線或弧形。
兩個不同界面的折射波在某個炮檢距附近可能會同時到達。兩組折射波如同時到達某一檢波點，波形就互相幹涉，不易分辨。這個炮檢距附近的區域稱為幹涉區。在佈置檢波器組的排列時，必須註意使主要目的層的折射波避開幹涉區。
地震測井 一種直接測定地震波速度的方法是把檢波器沉放到鉆孔井中，震源安置在井口附近，測量井深和時間差，即可算出地層內的平均速度。利用同樣方法，也可求得其一深度區間內的層速度。從地震測井獲得的速度數據，可用於反射法或折射法中的數據解釋。在地震測井的條件下也可以記錄反射波。這種工作稱為垂直地震剖面測量。用此法不僅可以更準確地測得速度數據，還可詳查鉆孔附近的構造情況。
參考書目
長春地質學院等編：《地震勘探》，地質出版社，北京，1980。
K.H.Waters，Reflection Seismology，Wiley-Interscience，New York，1978.