地震勘探中的一维勘探是观测一个点的地下情况；二维勘探是观测一条线下面的地下情况；三维勘探是观测一块面积下面的地下情况；若在同一地区不同时间重复做三维地震勘探，则可称之为四维地震勘探。四维是观测同一块面积下面不同时间的地下变化情况。根据地质任务和达到的目的不同，可采用不同维的勘探方法。
将检波器由深至浅放在井中不同深度，每改变一次深度在井口放一炮，记录地震波由炮点直接传到检波器的时间。这种只在一口井中观测的方法叫一维地震勘探。它能测出该井孔中地层的速度，借此可以确定各个地层的深度和厚度。
将多个检波器与炮点按一定的规则沿一直线（称测线）排列，在测线上打井、放炮和接收；采集完一条测线再采集另一条测线；最后得出反映每条测线垂直下方地层变化情况的剖面图（二维剖面图）。这就是二维地震勘探。这种方法从20世纪20年代初期已开始使用直至今天。
三维地震主要在地下条件更复杂的地区或地表难以进行二维地震勘探的地区采用；另外，在已发现油田的地方，为优化油田的勘探开发方案可提出进行三维地震。三维与二维的主要差别是激发点与接收点的相对位置不同。二维地震要求炮点和检波点沿同一直线；而三维地震则是将多道（必要时可达上千道、上万道）检波器布成十字状、方格状、环状或线束状等，炮点与检波点在同一块面积上，形成面积形状接收由地下返回地面的地震波。其效果可以大大改善记录质量，提高信号的清晰度和分辨率，从而提高解决地质问题的能力，能把油气田的位置确定得更准确。由于三维地震最后得到的是一组立体的数据，根据这个数据体就能给出地层的立体图像（三维立体图）。同时，也可给出由浅至深，一层层的水平切片图，将这些图制成动画，人们就能像看电影一样来解释地下地质情况，省时省力又精确。这种方法在20世纪70年代一经提出就得到广泛应用。
四维地震勘探始于20世纪90年代初，是三维地震的延续。它要求在同一块工区不同时间（可能相隔几个月或几年，时间为第四维）用相同的采集和处理方法将所得到的三维地震勘探成果进行比较。犹如将人物传记的立体电影一帧帧放一遍，细看每帧之间的不同就可以看出人物的成长过程一样。用这种方法研究油气田开采前后三维资料之间的差异就能得出油田的开采情况，找出尚未开采或漏采的剩余油区，达到以少钻井、低成本、多采油的目的。这种方法给石油开采商带来很大经济利益，因此，他们都愿意开展四维地震观测。
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