陷落柱是一种广泛发育在华北晚古生代含煤地层中的特殊灾害性地质体,其存在不仅会破坏煤层的连续性,给煤矿采掘工作带来巨大困难,而且柱体本身可能会成为良好的导水通道或瓦斯富集场所,存在冒顶、突水及瓦斯突出等事故隐患,严重阻碍高产、高效、安全的现代化矿井建设。目前,三维地震勘探方法凭借其施工灵活、信息丰富等方面的优势,在煤矿勘探工作中应用广泛,被认为是探测陷落柱最有效的手段。但是,实际勘探工作中陷落柱勘探精度却并不尽如人意,而三维地震观测系统设计的好坏与探测精度的高低有着密切的联系。因此,为了提高实际工作中煤田陷落柱的探测精度,对地震观测系统及采集参数进行优化设计意义重大。本文先对华北型煤田陷落柱的地质及地球物理特征进行了总结归纳,对陷落柱形成原因及分布规律进行了较为细致的研究,并针对地震偏移时间剖面及属性切片上陷落柱的识别特征进行了总结。然后对煤田系统中三维地震观测系统的设计准则及优化方法进行了研究。最后,建立典型煤田陷落柱三维地震地质模型,设计多种类型观测系统进行面元分析、照明度分析及采集脚印分析等。然后,通过常规线束状观测系统采集参数进行论证,并采用射线追踪算法对所建模型进行正演模拟,通过模拟得到的偏移剖面、属性切片等对比分析,最终得到最有利于提高陷落柱地震探测精度的三维地震观测系统及采集参数优化设计准则。本文通过对煤田陷落柱三维地震地质模型进行射线追踪正演模拟,横向对比分析了观测系统类型及采集参数对陷落柱探测精度的影响,得到结论:常规线束状正交观测系统、砖墙式观测系统、斜交式观测系统及锯齿型观测系统在煤田陷落探测精度方面差别不大,常规线束状正交观测系统在煤层深度上的唯一炮检距覆盖次数相对其他类型观测系统覆盖次数较高。在煤田陷落柱实际地震勘探工作中应使用线束状正交观测系统,采集参数论证结果表明在针对煤田陷落柱探测时尽量选用较小道间距、较小炮排距、较小纵向最大炮检距、较小线距、较小炮点距、较小横向滚动距、较多接收线数及较多炮数(6小2多)。