采空区在煤矿生产和地面施工中危害严重。目前,浅层煤矿采空区探测的地球物理方法主要有浅层地震法、探地雷达法和可控源音频大地电磁测深法等。本文根据井地CT勘探方法在井中激发地震波,地震波在传播过程中遇到采空区会发生散射的特点,将散射点看做二次震源,研究其在地震记录上的波形特征,结合井地CT初至层析方法得到的初始速度模型,根据微震震源定位原理对采空区进行空间位置定位。本文的研究工作主要为以下几个方面:(1)了解采空区地质特征,研究采空区地震资料,分析其平均速度、到时振幅和到时频率;(2)分析采空区散射直达波双曲线特点,总结出高效识别采空区散射波的方法,通过数值模拟研究采空区产生的散射波在地震记录中的特点,为实际资料散射波识别提供帮助;(3)以正演理论模型为基础,探讨经典Geiger定位方法、网格搜索法各自对采空区定位精度和适用性问题。综合分析上述反演算法的优缺点,提出了一种矩形分割反演算法,该算法收敛快速稳定,避免了定位结果的局部收敛等问题;(4)研究到时拾取误差及初始速度模型精度对震源定位精度的影响,将地震层析理论运用到初始速度模型的校正中。通过上述研究,本文主要取得了如下几点研究成果:(1)针对地震波经过采空区时会产生散射的特点,推导出地下某一位置处产生的散射波传播特征,用于在地震记录中准确寻找散射波。(2)针对常规反演算法局部收敛、依赖初值以及运算速度慢的缺点,引入一种基于变网格思想的全局寻优的矩形分割算法,提高反演速率的同时,提高纵向收敛精度;(3)对于井地地震记录,利用初至层析理论对速度模型进行校正,得到了准确的速度校正模型。最后,利用以上研究成果,对某地区井地CT地震数据进行处理,利用采空区产生的散射波特点对其到时进行拾取,并结合校正后的速度模型,运用矩形分割算法最终完成了勘探区域采空区定位工作。