به طور خلاصه به علم ژئوفيزيك مطالعه زمين با استفاده از روش‌هاي فيزيكي گويند. آغاز علم ژئوفيزيك به كشف گيلبرت درباره مغناطيس زمين و تئوري نيوتن درباره نيروي گراني زمين بر مي‌گردد. مطالعات ژئوفيزيكي برخلاف مطالعات زمين‌شناسي بيشتر كمي و غير توصيفي‌اند تا كيفي و توصيفي. هدف اصلي بررسي‌هاي ژئوفيزيكي، تعيين محل ساختارهاي زمين‌شناسي و درصورت امكان اندازه‌گيري ابعاد و ويژگي‌هاي فيزيكي آنهاست. مثلاً در اكتشاف نفت، هدف به دست‌آوردن اطلاعات ساختاري است زيرا نفت با عوارض خاصي مثل طاقديس، گسل و … در ارتباط است.
   روش‌هاي ژئوفيزيكي به صورت گسترده‌اي در اكتشاف نفت استفاده مي‌شوند. پيشرفت‌هاي اين روش‌ها در اثر گسترش ابزارهاي دقيق‌تر و پيچيده‌تر براي كسب اطلاعات و هم چنين ظهور كامپيوترهاي بسيار سريع براي پردازش داده‌هاي حاصل شده است.
   به طور كلي ژئوفيزيك به دو دسته ژئوفيزيك علمي و ژئوفيزيك عملي تقسيم مي‌شود:

ژئوفيزيك علمي:

   بررسي و شناسايي بعضي از خصوصيات فيزيكي زمين كه خود به بخش‌هاي كوچكتري تقسيم مي‌شود:
   ـ ژئودزي و گراني‌سنجي: مطالعه شكل و ميدان گرانش زمين
   ـ لرزه‌شناسي: مطالعه زمين لرزه‌ها و ارتعاشات حاصل از انفجار هسته‌اي و شيميايي
   ـ ژئومغناطيس و ژئوالكتريكي: مطالعه مغناطيس زمين و پديده‌هاي الكتريكي آن
   ـ ژئوترمومتري: مطالعه ويژگي‌هاي حرارتي زمين
   ـ تكتونوفيزيك: مطالعه جنبه‌هاي فيزيكي تكتونيك جهاني و منطقه‌اي
   ـ ژئوكاسموگرافي: مطالعه و بحث درباره منشأ زمين
   ـ ژئوكرونولوژي: مطالعه و بحث درباره تاريج زمين و زمان حوادث آن
   همچنين علوم ديگر از قبيل هواشناسي و فضاشناسي در محدوده علم ژئوفيزيك قرار مي‌گيرند.

ژئوفيزيك عملي (كاربردي يا اكتشافي):استفاده از روش‌هاي ژئوفيزيكي و اندازه‌گيري خصوصيات فيزيكي سنگ‌هاي زيرسطحي براي اكتشاف ذخاير پنهان شده در زير زمين (از قبيل نفت، گاز، آب، كاني‌ها و …) و يا براي مقاصد مهندسي كه به سه بخش تقسيم مي‌شود.

   ـ دورسنجي: مطالعه خصوصيات سنگ‌هاي سطح زمين با استفاده از ماهواره در مقياس بسيار بزرگ كه تشعشعات و امواج راداري، مايكروويو و مادون قرمز توسط دوربين‌هاي مخصوصي ثبت مي‌گردند.
 

  ـ چاه‌پيمايي يا چاه‌نگاري: مطالعه و بررسي درون زمين با استفاده از دستگاههاي پايين رونده كه بيشتر از ساير روش‌هاي ژئوفيزيكي مورد توجه زمين‌شناسان است.
 

  ـ ژئوفيزيك سطحي (Surface Geophysic): مطالعه خصوصيات فيزيكي سنگ‌هاي سطحي و دريايي و زميني انجام مي‌شود. روش‌هاي مطالعه ژئوفيزيك سطحي بسيار گوناگون است به طوري كه به زيربخش‌هاي مختلفي تقسيم مي‌شود:
 

  الف) روش حرارت سنجي: اندازه‌گيري درجه حرارت را در مقياس‌هاي كوچك انجام مي‌دهد كه منجر به شناسايي ساختارهاي كم عمق از قبيل: گسل، طاقديس و گنبد نمكي و … مي‌شود. مهم‌ترين پارامتر اندازه‌گيري در اين روش تغييرات درجه حرارت نسبت به عمق است.
 

  ب) روش الكترومغناطيس: اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي ثانويه زمين و رديابي گسل‌ها، رگه‌هاي نازك، كابل و لوله‌هاي زيرزميني و غيره.
 

  ج) روش الكتريكي: اندازه‌گيري خواص الكتريكي سنگ‌ها و تعيين مكان كاني‌ها از روي خواص الكتريكي معين آنها. اين روش به دليل عمق نفوذ كم (تا 500 متر) در اكتشافات نفتي كاربرد كمي دارد.
 

  د) كاوش گراني سنجي (Gravity Survey): اين روش براي اندازه‌گيري تغييرات گراني زمين و شناسايي انواع مختلف ساخت‌هاي زير سطحي به كار برده مي‌شود. ابزار اندازه‌گيري گراني به صورت يك فنر بسيار دقيق است كه با تغيير گراني طول آن تغيير مي‌كند .گراني سنجي بيشتر براي اكتشافات مقدماتي به كار مي‌رود، به طوري كه با شناسايي سطح پي سنگ، كه بسيار چگال‌تر از سنگ‌هاي رسوبي است، حوضه رسوبي را از نظر بزرگي و ضخامت رسوبات مشخص مي‌كند. اين روش در ابتدا براي تعيين محل گنبدهاي نمكي مكزيكي و آمريكا به كار رفت. در جاهايي كه گنبد نمكي وجود دارد ميدان گراني زمين در بالاي آن كمتر از سنگ‌هاي اطراف است، ولي برعكس در بالاي قله طاقديس‌هاي مدفون، ميدان گراني زمين بيشتر از سنگ‌هاي اطراف مي‌باشد. بنابراين گراني‌سنجي، روش بسيار مناسبي در كاوش منابع زيرزميني (مخازن نفتي و كانسارها) است و تا حد زيادي در اكتشاف نفت و گاز (به خصوص اكتشاف مقدماتي منطقه فلات قاره) به كار مي‌رود. اين روش قديمي‌ترين و اولين روش براي اكتشاف نفت بوده و با وجود مخارج زياد باز هم از روش لرزه‌اي لرزان‌تر است.

شتاب جاذبه در سطح زمين ثابت نيست و به وسيله چندين فاكتور از قبيل عرض جغرافيايي، طول جغرافيايي، توپوگرافي و نهايتاً زمين‌شناسي منطقه كنترل مي‌شود. بنابراين براي به دست آوردن اطلاعات زمين‌شناسي، نظير عمق پي سنگ، تأثير طول و عرض جغرافيايي و توپوگرافي بايد از مقادير اوليه اندازه‌گيري شده داده‌هاي گراني حذف شود.
   واحد شتاب جاذبه گال مي‌باشد. يك گال برابر با شتاب cm/s21 است. بعد از اينكه تصحيحات براي اندازه‌گيري‌هاي هر ايستگاه انجام شد، عموماً نتايج به صورت نقشه كانتوري نشان داده مي‌شوند .با توجه به اينكه پي سنگ‌ها به دليل چگالي بيشتر، شتاب ثقل بيشتري را ايجاد مي‌كنند، با استفاده از نقشه كانتوري شتاب جاذبه، مي‌توان موقعيت پي سنگ و لذا شكل و عمق حوضه را مشخص نمود.

ه) كاوش مغناطيسي (Magnetic Survey): اندازه‌گيري تغييرات ميدان مغناطيسي زمين و شناسايي عمق پي سنگ و وسعت حوضه رسوبي، به خصوص در مناطق بدون كارهاي اكتشافي قبلي از اهداف كاوش‌هاي مغناطيسي است. اين روش بيشتر به عنوان ابزار اكتشاف و شناسايي مقدماتي ساختارهاي زيرزميني مربوط به نفت و گاز مطرح است به طوري كه يك برنامه اكتشاف ژئوفيزيكي حداقل در مرحله شناسايي بدون استفاده از روش مغناطيسي به سختي قابل اجرا مي‌باشد.
 

  در اين روش يك مغناطيس‌سنج در سطح زمين، هم ميدان مغناطيسي زمين و هر مغناطيس محلي ايجاد شده به وسيله سنگ‌هاي مغناطيسي را اندازه‌گيري مي‌كند. ميدان مغناطيسي زمين كه به سبب طبيعت دو قطبي زمين به وجود آمده است با عرض جغرافيايي تغيير مي‌كند و از حدود 60000 گاما در قطب تا حدود 35000 گاما در استوا متغير است.
   سنگ‌هاي مختلف شدت مغناطيسي متفاوتي دارند. حساسيت مغناطيسي سنگ‌هاي رسوبي خيلي كمتر از سنگ‌هاي آذرين است. اندازه‌گيري‌هاي ميدان ژئومغناطيسي يك منطقه در در نقطه شامل مجموع ميدان مغناطيسي طبيعي و مغناطيسي سنگ‌هاي آنجاست. پس از كسب اطلاعات، آنها بايد پردازش شوند و تأثير مغناطيسي طبيعي حذف گردد. مقادير باقيمانده، بازتابي از حساسيت مغناطيسي سنگ‌هاي منطقه است. مقادير به دست آمده معمولاً به شكل نقشه‌هاي كانتوري شدت ميدان مغناطيسي، نمايش داده مي‌شوند.اين نوع نقشه‌ها ما را قادر به ديدن موقعيت پي سنگ مي‌سازد و بنابراين مناطق عميق و كم عمق حوضه‌هاي رسوبي را كه داراي ضخامت‌هاي متفاوت رسوب است نشان مي‌دهد. گسل‌ها نيز در نقشه‌هاي كانتوري شدت مغناطيسي، به وسيله تغييرات ناگهاني در كانتورها شناخته مي‌شوند.به طور كلي كاوش مغناطيسي يك ابزار سريع، غيردقيق و نسبتاً ارزان در اكتشافات نفتي است كه قادر به ساختن يك نماي منطقه‌اي از ساختمان حوضه است.
 

  و) بررسي‌هاي لرزه‌نگاري (Seismic Survey): اين روش از نظر مخارج و تعداد ژئوفيزيكدانان شاغل در آن در صدر تمام روش‌هاي ديگر ژئوفيزيكي قرار دارد. از جمله مهم‌ترين برتري‌هاي اين روش، دقت بالا، عمق بررسي زياد و توان تفكيك بالاي آن است. معمولاً در مراحل اوليه اكتشاف در حوضه‌هاي ناشناخته، به خاطر كمبود اطلاعات از خصوصيات ساختاري، رسوب‌شناسي و دياژنتيكي مخزن، حفاري ممكن است بي‌نتيجه بماند. داده‌هاي لرزه‌اي مي‌تواند كمبودهاي اطلاعاتي فوق را جبران كند.
 

  روش‌ لرزه‌اي برحسب منبع توليدكننده امواج لرزه‌اي به دو بخش تقسيم مي‌شود:
   ـ لرزه‌شناسي زمين لرزه كه داراي منبع انرژي طبيعي است.
   ـ لرزه‌شناسي اكتشافي كه داراي منبع انرژي مصنوعي است و هدف اصلي آن به تصوير كشيدن ساختار زمين‌شناسي بخش بالايي پوسته زمين مي‌باشد.
  

روش لرزه‌اي برحسب نحوه اندازه‌گيري زمان انتشار و دريافت امواج لرزه‌اي به دو بخش تقسيم مي‌شود:
 

  ـ لرزه‌شناسي انكساري يا شكستي: اندازه‌گيري زمان انتشار امواج لرزه‌اي انكساري از سطح ناپيوستگي دو محيط و شناسايي عمق و سرعت لايه‌ها در زيرزمين. در اين روش برخلاف روش انعكاسي فاصله گيرنده تا منبع نسبت به عمق سطح ناپيوستگي بسيار زياد است. اين روش نسبت به روش بازتابي داراي دقت كمتري است ولي آسان‌تر و سريع‌تر انجام مي‌شود. اين روش لرزه‌اي اولين روش كاوش لرزه‌اي براي اكتشاف نفت بوده، و در كاوش‌هاي مهندسي كاربرد فراواني دارد. همچنين در شناسايي و تعيين عمق توده‌هاي نفوذي مثل گنبدنمكي بسيار مفيد است زيرا سرعت امواج در نمك و رسوبات تبخيري بيشتر مي‌شود. اين روش اولين بار درسال 1934 در مسجد سليمان انجام شد.
 

  ـ لرزه‌شناسي انعكاسي يا بازتابي: اندازه‌گيري زمان انتشار امواج لرزه‌اي بازتابي از يك سطح بازتاب كننده براي شناسايي ساختار زمين در اعماق زياد و به نقشه درآوردن ساختمان دروني زمين. در اين روش تهيه اطلاعات از ساير روش‌ها با دقت بيشتر و بهتري صورت مي‌گيرد اما سرعتي كندتر و هزينه گران‌تري دارد. روش بازتابي پيشرفته‌ترين روش اكتشاف نفت است كه در شناسايي ساختمان‌هاي زيرسطحي، تشخيص هيدروكربن‌ها (به خصوص گاز) و شناسايي سيستم‌هاي رسوبي منطقه به كار مي‌رود. اين روش، اولين بار درسال 1949 در دشت آبادان انجام شد كه با توجه به اهميت روزافزونش در اينجا به تفصيل بحث مي‌شود

لرزه‌شناسي اكتشافي:
   مطالعات ژئوفيزيكي از روش‌هاي متداول اكتشاف مواد هيدروكربني است. هدف اصلي اين نوع مطالعات، يافتن ساختارهاي زمين‌شناسي مناسب براي تجمع نفت و گاز در زير زمين مي‌باشد. در اين بين روش لرزه‌نگاري به خصوص نوع انعكاسي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است، به طوري كه پيشرفت روزافزون اين شاخه از علم ژئوفيزيك مديون اكتشاف مواد هيدروكربني است.

قبل از يك كار لرزه‌اي بايد ابتدا ناحيه از نظر زمين‌شناسي سطحي بررسي گردد. درصورت مناسب بودن شرايط ابتدا روش مغناطيس سنجي و سپس روش ثقل‌سنجي در منطقه انجام مي‌گيرد تا حدود تقريبي ساختارهاي زيرزمين مشخص گشته و كار اصلي اكتشاف به نقاط خاصي محدود شود. در انتها در صورت موفقيت‌آميز بودن روش‌هاي قبلي، از روش لرزه‌نگاري انعكاسي براي اكتشاف و شناسايي ساختارهاي زمين‌شناسي مناسب در تجمع هيدروكربن‌ها استفاده مي‌شود.

انتشار امواج لرزه‌اي (Seismic Wave Propagtion):
   درك كامل يك ارتعاش لرزه‌اي طبيعي بسيار مشكل و شايد غيرممكن باشد زيرا به صورت تركيبي است. ولي مي‌توان از يك مدل ساده شده براي درك ارتعاشات لرزه‌اي استفاده كرد. تكنيك‌هاي صحرايي و ابزار تفسيري بر پايه اين مدل‌ها طرح‌ريزي شده است. وقتي به يك جسم كشسان به طور ناگهاني تنش وارد شده و يا آزاد مي‌شود تغيير مكان‌هاي حاصل از آن به صورت موج لرزه‌اي منتشر مي‌گردد. موج لرزه‌اي وسيله اساسي اندازه‌گيري در اكتشافات لرزه‌اي است. به امواج لرزه‌اي امواج الاستيك يا كشساني نيز مي‌گويند، زيرا باعث تغيير شكل الاستيك مواد مي‌شوند.

جبهه‌ها و پرتوهاي موج (Wave Fronts and Rays):
   وقتي يك منبع انفجاري و يا ارتعاشي، انرژي لرزه‌اي را توليد مي‌كند اين انرژي به شكل كره‌اي كه هميشه در حال انبساط است انتشار مي‌يابد و بزرگترين لبه آن جبهه موج(wave front) ناميده مي‌شود . انتشار امواج لرزه‌اي به صورت سه بعدي است. موج در راستاي عمود بر جبهه موج حركت مي‌كند. به خطي كه راستاي حركت انرژي موج را مشخص مي‌كند پرتو موج (wave ray) مي‌گويند. اگر از منبع انرژي به نقاط هم ارز در روي جبهه‌هاي موج خطوطي عمود كنيم جهت انتشار موج كه همان پرتو موج است به دست مي‌آيد. بنابراين در تمام نقاط پرتوها بر جبهه‌هاي موج عمود مي‌باشند. البته درصورتي كه محيط ايزوترپ يا همسانگرد باشد.