四川盆地海相深层页岩气富集高产目标的发现离不开高精度地震数据。为获得高精度地震数据奠定基础，提出了一种基于地下反射点多维度照明分析的三维观测系统设计方法，去确保目标层地震采集方位、偏移距信息完备及反射点照明充分均匀。该方法首先综合靶区地表高程、构造解释、地层速度等信息，建立符合靶区基本地质情况的地球物理数值模型；然后，利用高斯束射线追踪方法，开展目标地层正、逆向和方位等多维度照明分析；最后，结合地质任务和邻区采集后评估结果，设计最适宜的三维观测系统。该方法突破了传统观测系统设计因水平地层假设而未考虑共中心点在倾斜地层存在反射点分散效应的局限性，能够直接反映地下反射点多维度的照明能量分布，保障了观测系统设计与复杂构造目标高精度地震成像和页岩各异性信息采集的匹配。应用该方法，在川东南某探区提出了全方位、高覆盖、强耦合、均匀、对称的三维观测系统，确保了高陡构造-深层页岩地层地震采集方位、偏移距及各向异性信息的采集完备性以及五维高精度地震成像数据的获得，满足了水平井设计和页岩可压裂性地球物理评价对地震数据的需求，支撑了川东南探区奥陶系五峰组-志留系龙马溪组(O3w-S1l)高陡构造-深层页岩气的勘探突破。