地震资料采集是资料处理和解释的基础，是地震勘探中非常重要的环节。要得到高质量的地震数据，合理的设计地震数据采集观测系统是非常关键的。传统上观测系统分析总体上出发点是基于单个物理点来考虑的，或者说是基于水平叠加理论的。但在现阶段的地震勘探中，复杂地质结构的出现使得传统观测系统分析设计已不适用。本文从复杂地质模型的创建出发，对照明度正演模拟进行分析研究，照明度模拟结果可用来评价观测系统的优劣，也可以指导复杂勘探区观测系统的优化设计。 本文首先对基于模型的观测系统优化设计进行了讨论。针对复杂勘探区，根据以往的地质物探资料，进行满足复杂地区需要的正演模型建立；再对复杂地质目标进行照明度正演模拟，然后根据正演模拟结果指导地震采集观测系统的优化设计。 要进行正演模拟，正演地质模型是基础和前提。为了能描述复杂地质模型，本文引入了点、段、线的概念，点包括界面的控制点和界面与断面地交点；同一界面或断面上的相邻两点连接构成段；表示同一界面或断面的段组构成线。界面与断层面相交，使断面分成了不同层段，而且在不同层段的上下介质的属性可以不同。通过这样的处理，使得地质模型能更完善的反映真实的地下地质结构，实现复杂地质模型的创建。再根据线框模型的块识别法将线框模型转换为块状模型。实验表明，该方法能满足复杂地质模型的创建要求。 在完成模型创建的基础上，本文对照明度模拟进行了分析研究，其中主要包括基于射线追踪的照明度模拟和基于惠更斯-菲涅耳原理的照明度模拟。 在基于射线追踪的照明度模拟的研究中，本文主要对全路径迭代法射线追踪、逐段迭代法射线追踪和试射法射线追踪进行了讨论。全路径迭代法通过求解一三对角方程组，经过多次迭代，使控制误差达到精度要求，从而算出射线路径。该方法在简单层状模型下效果明显，且速度较快。试射法通过更改射线的初始入射角，使射线出射点与接收点之间不断靠近，直到满足给定的精度要求为止，从而实现两点间的射线追踪计算。该方法能满足不同复杂地质模型下的射线追踪模拟。逐段迭代法根据Femart原理，通过优化算法计算射线中间点，并通过不断迭代使控制误差达到精度，从而实现了一种任意界面的射线路径逐段迭代的算法。与试射法相比，逐段迭代法的计算花费明显减少。本文在基于射线追踪的照明度正演模拟中采用的是逐段迭代的射线追踪法。针对特定地质模型和观测系统，应用逐段迭代法对每一次炮