在现代油气勘探开发过程中,地震资料采集是地震数据处理和解释的基础。而在地震资料采集工作中,三维观测系统设计直接影响到后期地下地质构造的成像质量。但三维地震勘探技术在能得到较高精度地震资料的同时,也造成了地震勘探成本的大幅增加。据统计,三维地震勘探采集费用平均占总勘探成本的80%。因此,如何在保证三维地震资料质量基本不变的前提下,尽量节约勘探成本,成为了当前三维观测系统评价和优化的研究热点。当前国内外对于三维观测系统评价和优化的研究方法主要包括两大类:双聚焦成像(Double Focusing)分析法和CMP面元属性分析法。其中,双聚焦成像法是一种基于双聚焦理论(Berkhout,1997)的观测系统评价方法。其原理为对于指定目的层或地质体,使用双聚焦叠前偏移成像得到炮点聚焦振幅和检波聚焦振幅等成像结果来评价三维观测系统。而CMP面元属性分析法是基于三维观测系统的面元炮检距均一性相关系数来分析观测系统的覆盖次数、炮检距分布等特性参数,从而评价和优化三维观测系统的设计方法。本文基于三维观测系统的双聚焦评价理论,分析了在三维观测系统的炮道密度不变的前提下,改变观测系统的道间距、炮点距、接收线距、炮线距等基本参数,使得道密度和炮密度随之改变后,观测系统对指定目的层的炮点聚焦、检波聚焦以及双聚焦成像振幅变化情况,进而分析改变三维观测系统的不同参数,使得勘探成本降低的同时,不影响三维地震资料质量的理论可行性。此外,本文还结合了基于指定检波器的灵敏度和电噪声,分析在检波器可识别的最弱信号下的炮检距大小,以验证观测系统排列片大小参数的合理性。最后,结合双聚焦成像结果,使用面元炮检距均匀性相关系数分析在观测系统的炮检距分布均匀程度的影响,从而评价在改变观测系统部分基本参数的情况下,炮检距均匀性变化对于成像效果的影响。