我国南方的海相碳酸盐岩地层发育分布最广和沉积厚度最大,油气资源丰富,其勘探和开发是我国油气勘探的重要战略目标。但由于其复杂的地质构造和演化过程,在该类地区寻找油气是世界性难题,传统勘探手段存在严重的不足和不适应性,制约了勘探的进展。地震数据采集技术是地震勘探的基础,而观测系统的设计对地震数据的质量起到了至关重要的作用。常规的基于共中心点的观测系统设计方法,以及依靠单一的地球物理分析方法进行论证的观测系统设计方法难以满足复杂地区勘探的要求。通过研究,提出了在对前期勘探成果进行分析的基础上,应用射线追踪、地震物理模拟、波动方程照明、波动方程数值模拟、波动方程叠前深度偏移等技术,针对目标地层的CRP面元属性、地震波传播特征、反射波接收范围、地震波能量分布、成像处理效果等进行分析,并综合经验公式论证、勘探成本考虑来设计三维观测系统的方法。并应用到鄂西—渝东的重点探区——龙驹坝复杂高陡构造的三维观测系统设计中,取得了良好的勘探效果。实际应用表明,该方法是实现复杂构造地区高精度勘探的有效手段,是地震采集处理一体化的新思路。