煤矿水害事故是造成煤矿群死群伤的重要原因,须用地质勘查技术手段查明水源的存在,有针对性的采取综合防治水措施;利用三维地震信息预测煤层顶板含水地层异常区立足于预测煤层顶底板水源层的空间位置展布,为矿井防治水提供水文地质依据。澄合矿区主采煤层5号煤顶板的砂岩裂隙含水层和底板下伏灰岩岩溶裂隙含水层是矿井涌水的主要来源,由于目标含水层和围岩的波阻抗差异相对较小,地震反射波能量较弱,预测难度较大。为提高目标含水层的成像效果和预测精度,本文在分析了影响澄合矿区目标含水层反射波品质的干扰因素的基础上,从三维地震数据的采集、处理、解释三个方面对发现的问题进行了探讨,并提出了针对性的解决方法。主要成果有:(1)考虑澄合矿区巨厚黄土的地表地质条件,提出了在高速层中(潜水面以下)组合多井激发的爆炸方式;(2)经过理论分析和试验对比分析发现,目前煤田勘探主流采用的60Hz自然频率检波器会导致地震低频有效信号失真,率先提出采用28Hz或更低自然频率检波器进行宽频带高分辨率地震采集;(3)针对澄合矿区以往构造勘探采用的三维观测系统面元过大、覆盖次数过低、方位角过窄等问题,优化设计出一种新的有利于弱反射波成像的小面元、高覆盖次数和宽方位的岩性勘探观测系统;(4)设计出一种六步迭代速度分析流程用于目标数据处理的剩余静校正工作,通过速度谱的时变调整有效提高了含水层弱反射波速度拾取精度;(5)为消除煤层对底板灰岩界面反射信号的屏蔽作用,提出了一种叠后数据去煤技术,可有效压制煤层强反射波能量,增强煤层底板弱反射地层的能量;(6)基于波阻抗、自然伽马、电阻率等叠后反演成果,发展了岩相概率分析技术,获得了反映岩层空间展布特征的岩性数据体;(7)优选均方根振幅、频谱成像、波形分类地震属性分析技术和稀疏脉冲、测井约束、多参数神经网络、地质统计学反演方法,以属性分析为辅,叠后反演为主,叠合圈定煤层顶板的含水砂层分布和煤层底板灰岩岩溶区域。通过这种采集、处理和解释一体化的煤层顶底板致灾含水层预测技术在澄合矿区王村煤矿的工程应用,使得含水层目标成像效果和预测精度显著提升,预测的煤层顶板砂体厚度可达5m以上,识别的灰岩裂隙岩溶发育带得到矿方认可,说明这种预测技术能为顶底板突水预测防治提供有效的矿井地质依据,可推广使用。