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常规煤田三维地震勘探观测系统设计时着重于节约采集成本，提高施工效率，往往使用窄方位半束线横向滚动的观测方式，但是对于需精细勘探、采空区发育不规则的矿区，窄方位观测系统对勘探效果的影响还有待分析。笔者采用三维射线追踪算法对采空区进行了正演数值模拟分析，并对不同观测系统在采集脚印、方位角分布、目标采空区的照明度等观测效果进行了深入对比。六种观测系统、九种属性分析结果表明，宽方位45°斜交式观测系统在五个方面都具有较强优势，对采空区地质目标的异常响应最好。