开展矿区地质勘探，查明研究区地质概况是矿区规划设计、矿井安全高效生产的前提。九龙川矿区属典型的中国西部黄土塬覆盖区，其黄土巨厚，地貌主要由黄土塬、河谷阶地和低山丘陵组成。针对九龙川矿区这一典型区域，开展巨厚黄土沟壑地区三维地震勘探中的关键技术问题及其应用研究意义重大。本文以宁中煤田九龙川煤矿为工程背景，采用理论分析与工程实践相结合的方式对厚黄土沟壑地区三维地震勘探技术进行了系统的研究。通过对巨厚黄土塬区深层结构特点、地震激发参数特点的研究，提出了巨厚黄土塬区野外地震合理激发方法，分析了研究区地表、浅层及深层的地震条件。对比分析了不同激发层位、激发主频对地震勘探的影响，给出了巨厚黄土塬区三维地震勘探激发参数的选取方法。塬上井深在10m～16m之间的硬层激发，沟中井深在3m～12m之间的硬层激发；黄土厚潜水位深的地段采用6井组合激发，沟中黄土较薄地段3～5井激发；每井药量1kg～3kg之间，总药量不要超过12kg，可获得较好的资料。详细地分析三维地震处理技术包括静校正方法、能量补偿技术、综合去噪技术、地表一致性反褶积技术以及DMO处理技术等，并针对巨厚黄土塬区的地震特点，对上述技术进行了相应的处理和试验，通过对比分析，得到了巨厚黄土塬区关键处理技术和相应参数，基准面1200m；替换速度3500m/s；地表一致性反褶积预测步长12ms等。研究了巨厚黄土塬区煤层构造及煤层厚度预测方法及理论，建立了巨厚黄土塬区构造解释方法，得到了九龙川矿区三个区块的构造分布规律。查明了研究区主要的煤层构造及厚度变化情况，全区共控制背向斜10个，其中背斜5个，向斜5个。一块区勘探查明落差大于5m的断层2条，走向近EW，均为正断层。通过调谐理论、波阻抗反演方法对煤层厚度及变化趋势进行了预测，建立了基于调谐理论、波阻抗反演方法的巨厚黄土塬区煤层厚度预测方法，对九龙川矿区三个区块的煤层厚度及变化趋势进行了预测。建立了基于双相介质理论和神经网络理论的巨厚黄土塬区煤层瓦斯预测方法。对一块区、三块区煤层瓦斯相对富集区进行了预测，并通过三维地震探明一块区煤8层瓦斯相对富集区有三处：相对富集区Ⅰ位于测区中北部NZ512钻孔处面积约0.04km2；相对富集区Ⅱ位于测区中东部NZ702钻孔处面积约0.78km2；相对富集区Ⅲ位于测区东NZ814钻孔处面积约0.39km2。三块区煤8层瓦斯含量的两极变化为0～7.5ml/g。最后，通过对三维地震勘探和钻探结果进行分析对比，基于上述研究成果，对九龙川矿地质勘察结果在宁中煤田的矿区规划、矿井开拓方案研究以及煤层开采建议等问题进行了研究。为九龙川矿区的科学规划和绿色开采提供了可靠的技术保障。