陷落柱、小断层等是煤矿开采过程中常常遇到的灾害性地质异常，严重影响煤矿的正常生产。由于直径几米到几十米的陷落柱和小断层规模小，在地面勘探阶段，无论用钻探或者是地震勘探手段，要发现这些小构造都比较困难。　　 在煤层中激发和传播的地震槽波，具有能量强，传播距离远等特点，广泛用于煤层异常地质体的探测。但由于槽波震相复杂，特别是频散严重的特点，使得槽波震相的识别和旅行时的确定较为困难，实际的勘探效果不能令人满意，这都被认为是由于地质异常存在的情形下煤层中槽波传播规律还不十分清楚造成的。利片j瑞雷波频散特性调查地球浅表地层的方法，为我们在井下利用槽波频散特性，探测地质异常，提供了很好的借鉴。过去，槽波勘探从未考虑利用频散信息来识别和确定地质异常，这可能是因为巷道内的槽波观测系统与地表瑞雷面波的观测系统不同，使得我们研究三维情况下的反射槽波或透射槽波的频散特性比较困难。虽然二维情况下，槽波频散研究很多，但无法为实际的三维槽波勘探提供指导作用。　　 在更加接近实际介质的三维枯弹介质中，通过三维波动方程数值模拟，研究槽波在陷落柱等地质异常存在下的波场特征，以及巷道对波场特征的影响等，为槽波探查陷落柱提供理论依据，尝试研究利用反射槽波或透射槽波频散信息探测陷落柱的可能性。该项研究的成果，可以用于巷道内的地质异常勘探和采掘过程中的超前预测。　　 本论文是在更接近实际介质的三维粘弹介质前提下，利用波动方程进行典型三维煤层地质模型模拟，进而分析槽波波场特征和频散特性。主要工作和结论如下：　　 (1)阅读相关三维粘弹介质、交错网格高阶有限差分法以及PML边界吸收法文献，推导相应公式，并实现算法，为后续典型三维地质地球物理模型模拟奠定基础。　　 (2)研究如何提高三维数值模拟计算效率。针对三维模拟计算量火的问题，采用最新硬件配置高性能个人计算机以及利刚OpenMP多线程技术来提高运算效率(10-20倍)，基本解决了在单机上实现三维粘弹介质正演计算量大的问题。　　 (3)对于接近实际介质的粘弹介质，对其关键参数晶质因子Q做了主要分析，在煤层围岩品质因子比较小的情况下，进行槽波波场特征分析，以及煤层围岩品质因子相等时，其槽波波场的变化趋势等。　　 (4)重点研究含巷道等特殊地质模型在数值模拟过程中的处理。对已有自由界面数值模拟方法进行归纳总结，结合巷道特殊情况，对镜像法进行了适当改进，在水平巷道和稍微倾斜巷道情况下，实现了相关算法。　　 (5)利用数值模拟程序，模拟典型三维煤层地质模型。模拟了三维煤层地质模型及含地质异常模型的地震波场，包括三层对称煤层模型不同煤厚(10m、5m、2m)模型、含陷落柱煤层模型、含巷道模型、含断层模型以及煤层非均匀变化模型，分析比较了槽波波场特征，用傅里叶变换法提取了频散曲线，分析总结了槽波频散规律。其中，巷道模型呈现了比较特殊的波场特征，对实际勘探有较大应用价值。