煤矿生产伴随着矿井水害的威胁,严重地影响煤矿安全生产,而煤层底板含水层主要是石炭系和奥陶系灰岩,其中奥陶系灰岩的富水性更强。本文基于岩石物理基本理论建立煤系灰岩饱水以及变孔隙度饱水岩石物理模型,进行弹性波有限差分正演模拟,以此来分析煤系灰岩饱水与变孔隙度饱水的地震响应特征。有限差分法已经被广泛应用到地震弹性波数值模拟中,其中有限差分系数决定着数值模拟精度,本文采用果蝇优化智能算法,将声波方程空间域频散关系绝对误差最小化,获取其有限差分系数,经过与泰勒级数展开法作对比分析,结果表明果蝇优化算法压制数值频散能力更强,并将其拓展到基于递归积分完全匹配层吸收(RIPML)法的一阶速度-应力方程中,进行煤系灰岩数值模拟。采用超声P·S波综合测试仪,对灰岩岩样在常温条件进行单轴和三轴应力加载测试实验,精确测量岩样纵横波速度,应用自相容近似模型进行饱水以及变孔隙度灰岩饱水模量的计算,建立煤系灰岩初始模型与饱水变孔隙度岩石物理模型。进行地震有限差分方程正演模拟,经过水平叠加处理,分析对比了煤系灰岩初始模型饱水与孔隙度为5%、8%、10%时饱含水模型的地震波特征,模拟结果表明,韵律型煤系灰岩与砂泥岩薄互层形成的反射波为复合波,且煤系灰岩与围岩砂泥岩波阻抗差越大,则在地震振幅响应上显示振幅变大,反之则是振幅逐渐减小。由于实际地层构造复杂,所以还需要对复杂地质条件下灰岩岩石物理模型响应特征进行进一步分析。