随着三维地震勘探在煤矿采区的广泛应用，三维地震勘探采集、处理、解释技术日趋成熟，在勘探初期为煤矿采区提供了大量关于地下简单构造和煤层厚度与起伏形态、地下采空区范围等有用资料，为煤矿生产提供了科学依据。　　 经过探采对比，地震解释资料揭示的落差10m以上的断层、直径30m以上的陷落柱、幅度大于10m的褶曲验证率较高，落差5m以下断层揭示率不高。但随着煤矿对勘探精度要求的提高，地表条件由简单到复杂、勘探区域由构造简单区向构造复杂区转变、勘探目标体的尺寸逐渐减小、勘探深度由浅到深逐渐加大，勘探目的也从构造勘探转向岩性勘探。原来的常规三维地震勘探已逐渐不能满足勘探任务的要求，高密度三维地震勘探技术应运而生，它较之常规三维地震勘探具有空间采样间隔小、覆盖次数高、小道距、宽方位角、炮检距分布均匀等优点。它采用小尺寸面元、单个检波器单点接收能够有效提高分辨率，实现高信噪比和高保真度，进而提高勘探精度，满足日趋复杂的高精度地震勘探的要求。　　 论文在分析常规三维地震勘探资料品质和采集方法的基础上，通过分析时间和空间采样率、覆盖次数、观测系统、检波器组合与高分辨率、高信噪比、高保真度之间的关系，阐述了高密度三维地震采集技术的原理；通过进行高密度三维地震采集的激发、接收因素分析，与常规三维地震观测系统进行面元尺寸、覆盖次数、炮检距和方位角分布的对比，说明了高密度三维地震采集技术的优势；并利用Tesseral-2D软件建立断层和陷落柱地质模型，进行不同落差的断层和不同直径的陷落柱的正演模拟；通过上述手段，论文主要研究了高密度三维地震观测系统的设计优化问题和高密度三维地震采集在构造勘探上的精度问题。　　 论文取得了如下成果：单井不组合激发和单个检波器接收有利于提高地震资料的保真度，但在信噪比很差的地区也可适当采取检波器组合接收以保证信噪比，但在此类地区一般不宜采用组合激发，采用大药量激发即可；高密度观测系统的炮检距和方位角分布更加均匀，更高的覆盖次数也能提高叠加的能量，有利于压制干扰，提高信噪比；对断层和陷落柱二维模拟表明，高密度地震采集采用的小面元能够有效的探测常规地震勘探不能探测的小断层和小陷落柱，且对较大的断层和陷落柱的刻画能力更强。通过对长治某矿区实例的分析，表明高密度方法探测出的小构造的位置更加准确，且部分常规地震勘探时被忽视的小断层也能探测出来。通过分析得出，高密度地震采集方法在小构造探测上的精度更高。