陷落柱作为一种灾害地质体，通常隐伏散布在华北晚古生代含煤岩系中，其存在规模、危害程度和勘探难度丝毫不亚于早已倍受关注的断裂构造。陷落柱的存在破坏煤层的连续性，构成煤矿采掘工程的障碍，产生冒项、突水事故。煤系陷落柱已成为煤田地质勘探领域的主要难题和高产高效高安全现代矿井建设的主要障碍。因此，提高陷落柱勘探的分辨率，从而提高其勘探精度显得迫在眉睫。本文从陷落柱勘探的物理基础出发，分析了陷落柱与围岩之间的关系，陷落柱在地震剖面上的反映以及其断陷点的绕射波时距曲线。从地震分辨率的定义出发，探讨了影响陷落柱勘探分辨率的因素以及陷落柱对分辨率的要求。对于任何物探方法，精度的提高和成本的降低都是由数据采集开始的，地震勘探也不例外。因此，本文从地震波激发、接收及观测系统设计几方面进行了具体分析，以达到数据采集参数优化设计的目的。在激发参数方面，激发子波、激发岩性、激发深度、激发药量、炸药类型和激发组合等因素，都直接影响了采集资料的信噪比和分辨率，本文进行了尝试性的探讨；在接收条件优化问题上，主要就检波器与大地耦合及检波器连接方式进行了探讨。在观测系统设计上，论述了陆上常用不同类型观测系统的优缺点、观测系统参数选择的原则。研究了基于地震地质模型的陷落柱观测系统设计：即如何建立陷落柱地震地质模型，利用射线追踪对观测系统进行质量分析，从而优化观测系统设计，并通过模型验证了其可行性。结合理论研究，在山西一龙泉地区有针对性地作了验证，取得了良好的地震资料，按质按量地完成了地质任务。