根據地下巖層物理性質的差異，通過物理量測量，對地質構造或巖層性質進行研究，以尋找石油和天然氣的地球物理勘探，簡稱石油物探。
在石油勘探中，對於被表土、沙漠和海水覆蓋沒有巖層直接出露的地區，主要依靠物探方法間接瞭解地質構造和巖層性質，以尋找油氣藏。目前，石油物探已成為覆蓋區勘探石油的一種不可缺少的手段。
簡史 石油物探是在20世紀初發展起來的。最最早使用的物探方法是重力勘探。1922年，首次成功地應用扭秤在墨西哥灣沿岸探測到和鹽丘構造有關的油藏。1935年，重力儀開始用於石油物探。
1919年，德國人明特羅普 (L.Mintrop)提出瞭地震折射法。用此法在墨西哥灣沿岸尋找鹽丘構造，並獲得瞭成功。1927年，在美國俄克拉何馬州使用地震反射法也成功地發現瞭毛德油田。
中國的石油物探工作，從1949年中華人民共和國成立後，才得到發展，並取得很大成績。1959年，應用物探方法與石油地質、石油鉆探相結合，找到瞭大慶油田，以後又陸續發現瞭勝利、大港、華北等油田。
勘探階段 石油物探工作大致可劃分為區域普查和構造帶勘探兩大階段。
區域普查階段 這個階段在有含油氣遠景的沉積盆地進行重力法和磁法普查，其成果圖比例尺為1:500000～1:1000000。在油氣勘探有利的地區進一步進行重力法和磁法詳查，其成果圖的比例尺為1:100000～1:200000。配合電測深、大地電流法和少量地震法普查工作，劃分盆地內的區域構造單元，確定沉積凹陷，並進一步評價沉積凹陷和圈定二級構造帶，為進一步開展石油物探工作提供有利的地區和構造帶。
構造帶勘探階段 在區域普查階段提供的有利地區和構造帶上，開展地震法普查和詳查工作，確定可能的含油氣構造和油氣圈閉，為石油鉆探工作提供井位。中國已發現的油氣田中，多數是根據地震勘探資料進一步進行鉆探發現的。
勘探方法 石油物探有重力法、磁法、電法、地震反射法和地震折射法等，也可包括地球物理測井。
重力勘探 用於瞭解地殼深部結構和基底表面起伏，劃分區域構造單元；在有利條件下，也可用來瞭解沉積巖層內部構造，尋找可能的含油氣構造。重力勘探是根據地下巖層密度的差異，測量地球重力場的相對變化，瞭解地下地質構造的。重力勘探比較簡便、成本較低，但勘探精度較差並具有多解性，一般用於區域普查階段。
磁法勘探 用於瞭解基底表面起伏，估計沉積巖層的厚度，劃分區域構造單元。磁法勘探是根據地下巖石磁性的差異測量地磁場的相對變化，瞭解地質構造的。根據磁異常所計算出來的磁性體埋藏深度，可以瞭解基底表面起伏和基底內部結構，也可反映沉積巖中的火成巖侵入或噴發的情況。磁法勘探與重力勘探相似，它的勘探操作簡便，成本較低，但勘探精度較差，一般隻適用於區域普查階段。
電法勘探 用於瞭解基底表面起伏，劃分區域構造單元；在條件有利的地區，還可瞭解沉積巖層內部構造；在適當條件下，也可利用它尋找石油和天然氣。電法勘探是根據地下巖層的電阻率等電學性質及電化學性質的差異，瞭解地質構造和尋找油氣藏。在石油勘探中，電測深法、大地電流法和大地電磁法以及激發極化法應用較多，其設備比重力法和磁法復雜，成本也較高，但探測精度優於重力法和磁法，一般也適用於區域普查階段。
地震勘探 在石油物探中是探測精度最高的一種方法，特別是地震反射法，但勘探成本高於其他石油物探方法。由於它的勘探效果較好，已成為石油物探中最有力的勘探手段，應用最廣。地震勘探方法主要分為反射法和折射法兩大類。
①地震反射法 用此法可以瞭解地殼深部結構和基底表面起伏，研究地殼內部結構和劃分區域構造單元；尋找和勘探各種可能的含油氣構造，通過鉆探尋找構造，圈閉油氣藏；還可以瞭解沉積巖層的巖性和巖相變化，與地質和鉆探相結合，尋找巖性圈閉或巖性與構造復合圈閉油氣藏；在條件有利的地區，還可能直接找礦。
地震反射法的基礎是地下巖層的波阻抗的差異。沉積巖層的巖相變化及巖石孔隙中所含流體(油、氣、水)性質的不同，使巖層的波阻抗發生變化，影響地震反射波的振幅。根據地震反射法所記錄的反射波走時，可以計算出波的速度和反射界面的埋藏深度，從而瞭解基底表面起伏和沉積巖內部構造。根據記錄的地震反射波振幅等特點，以及所計算出來的地震波速度等資料，可以瞭解地下巖層的巖性、巖相變化和巖石孔隙中所含流體的性質。
用地震反射法通常可以觀測到界面深度達6000米左右或更深的反射。因而，使用地震反射法可在幾公裡深的整個沉積剖面中，瞭解各種不同深度的地質構造，尋找與背斜、斷層、斷塊和鹽丘構造等有關的構造圈閉油氣藏。地震反射法提供的地下地質構造精度很高，在理想條件下，得到的地質構造起伏的誤差在3～6米范圍內，確定斷層落差的精度可達10米左右。地震反射法雖然能作出具有明顯波阻抗差異的任何反射層的構造圖，但沒有鉆井資料和地質資料，是不能確定各反射層的地質層位的。因此在對地震反射法資料進行解釋時，必須同地質資料和鉆井資料緊密結合起來，避免出現差錯。
地震反射法還用來研究地下巖層的巖性和巖相變化情況，試驗尋找與地層遮擋、巖性尖滅、礁塊和古潛山等有關的巖性圈閉油氣藏，或構造與巖性復合圈閉油氣藏。從地震反射法資料可以得到沉積巖層變薄的趨勢，或巖性變化的顯示。但是，單純利用地震反射法資料，目前還不能解決與巖相變化有關的地層圈閉油氣藏的勘探問題，必須將地震反射法資料同測井資料、物性資料、地質資料和鉆探資料密切結合進行綜合解釋。利用地震反射波的振幅增強及其他和油氣有關的地震波標志，可以直接尋找石油和天然氣。在新生代沉積盆地中尋找較淺的砂巖貯氣層，這種勘探方法取得瞭較好的效果；但在古老的沉積盆地中尋找較深的含油層，則受到較大的限制。
②地震折射法 此法可以用來瞭解基底表面起伏，劃分區域構造單元，瞭解沉積巖層內部構造，尋找可能的含油氣構造；利用所求出的界面速度研究地層的巖性。根據所記錄下來的地震折射波走時，可以求出地下高速界面如基底、鹽丘、炭酸鹽巖的埋藏深度和起伏形態，並且可以計算出地震波沿高速巖層傳播的界面速度，瞭解地下高速巖層的地質構造和巖性。在有利條件下，還可用來確定高速巖層斷層的落差。但它不如反射法能同時瞭解地下多個巖層界面的詳細構造情況，而且勘探精度也低於反射法。