در ابتدای اکتشاف های نفتی نشانه های سطحی نفت یا گاز در یافتن معادن زیرزمینی مفید واقع می شدند ولی امروزه این روش مستقیم اکتشاف کمتر میتواند مورد استفاده قرار گیرد زیرا بیشتر مناطقی که دارای این گونه نشانه ها بوده اند مورد بهره برداری قرار گرفته اند. در حال حاضر برای اکتشاف نفت از روشهای زمین شناسی و ژئوفیزیکی استفاده میشود.

روش زمین شناسی (Geological method)

در روش زمین شناسی از منطقه مورد نظر عکسهای هوایی تهیه میشود. سپس عکسها به وسیله استرئوسکوپ (Stereoscope) مورد بررسی قرار میگیرند این دستگاه میتواند دو عکس را به طور همزمان به صورت تصویری برجسته نشان دهد تصویر برجسته موقعیت زمین شناسی و پستی و بلندی های یک منطقه را مشخص می.کند همچنین زمین شناسان میتوانند به کمک این تصاویر سنگهای سطحی و رنگ زمینهای منطقه را مورد بررسی قرار دهند به کمک این عکسها، نقشه ای نیز از منطقه در مقیاس بزرگ رسم می شود.

بخش دیگر بررسیها مربوط به تعیین نوع سنگها و سن آنهاست که از طریق آزمایش و مطالعه سنگواره ها بر روی نمونه های جمع آوری شده انجام میشود. همچنین تغییرات رخساره و ضخامت لایه ها در نقاط مختلف منطقه تعیین شده انواع نقشه های سنگ شناسی، خطوط هم ضخامت و غیره رسم میشوند تا مورد استفاده اهل فن قرار گیرند.

معمولاً وضعیت ساختمانی لایه ها در زیرزمین با آنچه که در سطح زمین ظاهر شده است، تطبیق نمیکند و به همین دلیل نمیتوان شکل ساختمانی و شیب و جهت لایه های زیرزمینی را تعیین کرد. در چنین مواردی باید از زمین شناسی زیرزمینی (Subsurface) استفاده کرد.

زمین شناسی زیرزمینی بررسی و مطالعۀ لایه ها در زیرزمین است. بهترین راه تهیه اطلاعات در مورد لایه های زیرزمینی یک منطقه انجام حفاری اکتشافی (Exploration drilling) در آن منطقه است. پس از خاتمه حفاری، باید نمودارهای حفاری و یا الکتریکی تهیه شوند. در این نمودارها مشخصات سنگ شناسی، کانی شناسی و خواص فیزیکی لایه هایی که در آنها چاه حفر شده است (نظیر سختی، تخلخل مقاومت الکتریکی، نوع كانيها، نوع مایعات موجود...) در برابر عمق مربوطه بر روی طوماری ثبت می گردند. متخصصین با مطالعه این نمودارها، نتیجه گیریهای لازم را می نمایند.

روشهای ژئوفیزیکی (Geophysical methods)

همانگونه که از کلمه ژئوفیزیک استنباط میشود این علم تلفیقی از دو دانش زمین شناسی و فیزیک است، بدین معنا که از اندازه گیریهای فیزیکی برای شناسایی زمین و پدیده های مربوط به آن استفاده میشود. روشهای اکتشاف ژئوفیزیکی به دو گروه تقسیم می شوند:

 - آنهایی که پدیده های فیزیکی طبیعی (شتاب ثقل، حوزه مغناطیسی جریانهای تلوری) را اندازه گیری میکنند.

- آنهایی که پدیده های ایجاد شده (امواج لرزه نگاری) را ثبت و اندازه گیری میکنند.

الف - روش ثقل سنجی یا گراویمتری

ثقل سنجی عبارت است از اندازه گیری تغییرات شتاب ثقل در نقاط مختلف یک ناحیه اکتشافی برای پی بردن به وضع ساختمانی و احتمالاً جنس لایه های زیرزمینی.

مشخص شده است که بین دو جسم به جرمهای m و M به فاصله r از یکدیگر، نیروی جاذبه ای به صورت زیر وجود دارد :

F = G. m. M/r²

که G ثابت عمومی ثقل است.

از طرف دیگر بنابر قانون دوم نیوتن نیروی وارده بر هر جسم عبارت است از حاصل ضرب جرم آن جسم در شتاب ثقل:

F= m.g

بنابراین اگر m جرم یک جسم در سطح زمین و M و r به ترتیب جرم و شعاع کره زمین باشند، شتاب ثقل از رابطه زیر بدست می آید:

که حجم و در چگالی لایه زمین است.

بنابراین مشاهده میشود که شتاب ثقل در هر محل تابع چگالی لایه های سازنده آن محل است. تغییرات چگالی سنگهای نسبتاً سطحی زمین در محل اندازه گیری و یا وجود پدیده های زمین شناسی نظیر گنبدهای نمکی طاقدیسها، گسلها باعث ایجاد تغییراتی در شتاب ، ثقل آن محل می شود.

برای اندازه گیری شتاب ثقل از دستگاه ثقل سنج (Gravimeter) استفاده می شود که اساس ساختمان آن در شکل ذیل ارائه شده است.

در عملیات ژئوفیزیکی هر یک سانتیمتر / مجذور ثانيه یک گال (Gall) نامیده می شود و چون تغییرات شتاب ثقل اندک است، برای اندازه گیری ها از واحد میلی گال استفاده می شود.در عمل شتاب ثقل را در نقاط مختلف ناحیه اکتشافی به وسیله ثقل سنج اندازه گیری میکنند. از آنجایی که عواملی چون موقعیت جغرافیایی اختلاف ارتفاع، جزر و مد و عوامل توپوگرافی باعث تغییراتی در شتاب ثقل میشوند باید ابتدا تصحیحهای مربوط به این عوامل برروی مقدار شتاب ثقل اندازه گیری شده اعمال شوند.

به عنوان مثال در شکل ذیل، نمودار ثقل سنجی یک گنبد نمکی به چگالی ۲/۲ محصور بین لایه های رسی به چگالی 2،4 نشان داده شده است. هنگامی که ثقل سنج در ایستگاه S₁ قرار دارد، تحت تأثیر طبقات رسی به ارتفاع h و به چگالی 2،4 میباشد. در ایستگاه S₂ تحت تأثير طبقه h₁ به چگالی 2/2 و طبقه h- h₁ به چگالی 2،4 است . بنابراین مقدار شتاب ثقل در S₂ کمتر از S₁ خواهد بود. با رسم مقادیر مختلف g بر حسب فاصله  S₁ تا  S_n ، پروفیل شتاب ثقل بدست می آید که در آن وجود گنبد نمکی باعث انحراف منفی شده است. چنانچه سنگهایی با چگالی بیشتر وجود داشت، انحراف مثبت می شد.

روش مغناطیس سنجی (Magnetometry)

در روش مغناطیس سنجی تغییرات حوزه مغناطیسی زمین در ناحیه اکتشافی اندازه گیری می شود. این تغییرات بستگی به تحولات ،فصلی شبانه روزی طوفانهای مغناطیسی وغیره دارد ولی هدف مغناطیس سنجی تعیین تغییراتی است که مربوط به خاصیت مغناطیسی سنگهاست. اصولاً سنگهای آذرین به علت وجود مانیتیت دارای خاصیت مغناطیسی میباشند، بنابراین تغییرات وضعیت آنها با سنجشهای مغناطیسی قابل تشخیص است در حالی که سنگهای خاصیت مغناطیسی چندانی ندارند و تشخیص وضعیت و یا جنس آنها با این روش رسوبی امکان پذیر نیست.

در اکتشاف نفت مغناطیس سنجی تنها میتواند اطلاعاتی درباره شکل تماس بین لایه های رسوبی و سکوی بلورین آنها بدهد و یا ضخامت کلی طبقات رسوبی را تخمین بزند. اساس مغناطیس سنجها یک عقربه آهن ربایی است که حول محوری افقی حرکت میکند. امروزه از دستگاههای مغناطیس سنج هوایی استفاده میشود که مجهز به ثبات هستند و می توانند در حین پرواز هواپیما پروفیل حوزه مغناطیسی ناحیه را رسم کنند.

 روش لرزه نگاری (Seismic)

در روش لرزه نگاری با ایجاد نوعی زمین لرزه بسیار خفیف امواج لرزه ای ایجاد میکنند این امواج به شکل نیمکره های در حال انبساطی در لایه ها و سنگهای مختلف زمین منتشر می شوند. مطالعه آثار این امواج که پس از شکست و بازتابهای فراوان دوباره به سطح زمین بازگشته و به وسیله گیرنده های مخصوص دریافت میگردند برای پی بردن به وضعیت لایه های مختلف زمین انجام می.شود این امواج انواع مختلف دارند طولی عرضی، رالی... ولی در لرزه نگاری فقط امواج طولی مورد نظرند و این انتخاب بیشتر به خاطر افزونی سرعت انتشار آنها نسبت به سایر امواج است. در امواج طولی، ارتعاش ذرات در جهت موازی انتشار موج صورت می گیرد. دستگاه های لرزه نگاری به نحوی ساخته میشوند که فقط نسبت به امواج طولی حساس باشند. بازتاب و شکست امواج لرزه ای از قوانینی مشابه قوانین نوری پیروی میکنند و سرعت انتشار امواج تابعی از خواص الاستیکی سنگها و چگالی آنهاست.