常规三维地震勘探的精度已不能完全满足煤矿安全高效开采对地质条件查明程度的要求,全数字高密度三维地震勘探技术在石油天然气高精度地震勘探中取得成功。该技术能否实现煤矿采区三维地震精细勘探的地质目标,尚缺少相关的基础研究和针对性的处理技术。本文首先设计了典型的地震地质模型,对高密度地震采集效果进行了2D/3D正演模拟分析,从定性、定量的角度讨论了空间采样间隔与地震分辨率之间的关系；其次,从实验室测试和现场数据分析两方面,对比分析了数字检波器与模拟检波器在机械结构、工作原理及其性能参数等方面的差异；然后,针对高密度地震数据单点采集、信噪比低等问题,重点开展了室内组合、信噪分离、弱信号增强等处理方法研究,理论模型和实际资料的处理效果验证了上述方法的有效性；最后,以赵固二矿全数字高密度三维地震试验项目为例,对比分析了全数字高密度三维地震与常规三维地震勘探的实际应用效果。主要创新性成果如下：(1)揭示了空间采样间隔与地震纵、横向分辨率之间的内在关系。地震水平分辨极限是以空间波场连续采样为默认前提,空间采样间隔越小越有利于提高水平分辨率；而地震垂向分辨极限是以零炮检距为前提,实际上叠加或偏移剖面的垂向分辨率是不同炮检距条件下单道垂向分辨率的积分,其表达式的凹函数性质表明空间采样间隔越小,垂向分辨率越高。(2)理论上数字检波器具有诸多优势,实际测试结果不尽如此。实验室测定表明数字检波器幅频响应与理论响应存在偏差；由于数字检波器灵敏度高,它对各种噪声与信号“兼蓄并收”,导致野外采集资料的信噪比偏低；现场实测数据表明：数字检波器的动态范围达不到预期的目标。(3)引入了矢量中值滤波方法,并将矢量由梯度结构张量来估计,避免了常规中值滤波对倾斜、弯曲同相轴的损伤,提高了随机去噪的保真度；扩展了十字排列域中三维锥形滤波法的适应性,实际资料处理中在面波压制上效果良好。(4)提出了Curvelet域自适应阈值函数,在压制背景噪声的同时,可以明显增强弱信号的识别度。今后,煤炭全数字高密度三维地震还应加强观测系统优化设计、复杂构造成像、全三维解释方法等研究,以推动煤矿采区全数字高密度三维地震勘探早日得到推广应用。