В основе сейсморазведки лежит тот факт, что скорости распространения и коэффициенты поглощения упругих волн в земной коре зависят от литологических, структурно-текстурных, коллекторских и других свойств геологической среды. При изучении распространения упругих волн толщу пород можно расчленить на части, отличающиеся друг от друга по их скоростям. Выделенные таким образом части могут соответствовать разным типам пород и разным геологическим телам или указывать на изменение свойств пород одного и того же типа в плане и по глубине. Для различных горных пород отношение скоростей продольных (vp) и поперечных (vs) волн изменяется следующим образом: для высокопористых газонасыщенных пород (известняки, песчаники и кварцсодержащие) vp/vs = 1,3–1,6; для хорошо сцементированных осадочных, водонефтенасыщенных, магматических и метаморфических пород vp/vs = 1,5–2,0; для рыхлых, плохо сцементированных пород (лёссы, пески, суглинки и др.) vp/vs = 2,0–3,0.
Изучение распределения скорости в сейсморазведке проводят путем регистрации упругих волн в ряде пунктов изучаемой толщи и измерения времен пробега волн от пункта возбуждения — источника упругих волн до различных пунктов наблюдения. Источник упругих волн (далее — источник) и пункты наблюдения могут располагаться на дневной поверхности или вблизи нее, в скважинах или горных выработках. Наиболее мощными источниками упругих волн являются тектонические движения внутри земной коры. Изучением Земли с помощью возникающих при землетрясениях волн занимается особая наука — сейсмология, от которой ведет свое происхождение и сейсморазведка. В названиях обеих наук присутствует слово «сейсмо», что по-гречески означает «трясти, сотрясать». Таким образом, сейсмология буквально означает изучение сотрясений, а сейсморазведка — разведку с помощью сотрясений.
В большинстве случаев объектом сейсмических исследований является толща пород мощностью от 10 м до нескольких километров. Доступной для наблюдения при этом оказывается только земная поверхность этой толщи либо области вблизи земной поверхности. Волны, возбуждаемые источником на земной поверхности или на некоторой глубине под ней, распространяются во всей толще пород и возвращаются к земной поверхности за счет одного из четырех эффектов — отражения, преломления, рефракции или дифракции упругих волн. Соответственно в сейсморазведке используют отраженные, преломленные, рефрагированные и дифрагированные волны.
Основной измеряемой величиной в сейсморазведке является время пробега волны от источника до точки наблюдения. Зная это время и расстояние между источником и каждой из точек наблюдения, можно найти зависимость времени прихода волны от расстояния, установить, за счет какого эффекта образовалась наблюдаемая волна и как изменяется скорость волны в той толще, которую она прошла.
Измерительная установка в большинстве модификаций сейсморазведки включает в себя: источник упругих волн, набор сейсмоприемников, воспринимающих колебания Земли, регистрирующее устройство и устройство для точного отсчета времени от момента возбуждения волны. Как правило, пункты наблюдения и пункт возбуждения располагаются на одной прямой — линии профиля. После возбуждения и регистрации волн всю измерительную установку перемещают на некоторое расстояние. Таким образом обеспечивают непрерывное и надежное изучение распределения скорости волн в исследуемой толще.
Колебания почвы в точке установки приемного устройства, называемые волнами, возбуждаемыми источником, выделяют на фоне колебаний почвы, вызванных иными причинами: микроземлетрясениями, ветром, раскачиванием деревьев, кустарников и травы, работой механизмов и движением транспортных средств, волнением моря и т. д. Уровень таких естественных и техногенных помех устанавливает предел глубинности сейсмических исследований, поскольку интенсивность полезных волн быстро убывает по мере увеличения пути, проходимого ими в породах.
Изучение геологических объектов сейсмическим методом наиболее просто осуществляется в слоистой толще и наиболее сложно при наличии неоднородностей замкнутой или неправильной формы. Именно поэтому сейсморазведка успешнее всего решает задачи, связанные с обнаружением границ между пологозалегающими толщами литологически различных пород. Поскольку в каждом из выделенных слоев при этом определяют скорость распространения волн, при прослеживании ее изменений можно установить характер литологической и фациальной изменчивости пород, степень их сохранности, а иногда и тип заполняющего поры флюида. Малоамплитудные поднятия, выклинивания, тектонические нарушения, древние речные долины или лагуны, соляные купола, характер складчатости — все эти структуры надежно выявляются по данным сейсморазведки, что и обусловливает ее ведущую роль в нефтяной геологии.
Сейсмическими методами успешно решаются и такие инженерно-геологические задачи, когда необходимо определить мощность рыхлых пород, перекрывающих скальное основание, сохранность коренных пород, выявить закарстованные зоны, погребенные русла и долины древних рек, положение уровня грунтовых вод, области, где возможно образование оползней, и т. д. Эти задачи возникают при строительстве промышленных зданий, мостов, дорог, проектировании вскрышных работ при открытых разработках угля, прогнозировании изменения геологической среды под влиянием техногенных воздействий. Однако, как уже отмечалось, главное применение сейсморазведки — поиск и разведка месторождений нефти и газа.