数据采集是地震勘探中的前期工作，也是非常重要的环节。观测系统的设计则直接影响到地震资料采集质量的好坏，影响地下构造的成像效果。常规观测系统参数的设计是基于地下反射界面为水平的假设条件，对于复杂的构造难以取得好的效果，存在一定的不适应性。本文从正演出发，从共反射点面元分析，对面元内共反射点的覆盖次数分布进行研究，优化观测参数，并取得了一些认识和好的应用效果。 本文的研究首先讨论了高斯射线束正演和两点射线路径追踪正演。高斯射线束正演包括地震波运动学特征和动力学特征，能有效的计算横向上不均匀介质中高频体波的合成纪录，避开了精确求取两点射线路径，大大减少了计算的时间，同时又具有较高的精度，是一个很稳健有效的方法。两点射线追踪主要是通过Snell定理和费马最小时间原理确定激发点和接收点之间精确的射线路径。其优点是能够精确得出反射点的位置。但在横向不均匀介质中，射线行为非常复杂，两点之间的射线路径难以求取。 其次，研究了地震波在界面的反射特征。当地震波从波阻抗小的介质传播到波阻抗大的介质时，反射波的能量随入射角度变化，在临界角以内反射系数为实数。入射角度到达临界角时，波在界面发射全反射。此时，反射系数不再是实数，而是复数。通过研究反射系数在超临界角部分的规律，模拟地震波在超临界角的传播，分析了地震波的极性变化，为广角反射提供理论依据。 最后，针对目前勘探目标地质体越来越复杂的情况，对观测系统设计提出新的要求。本文提出了首先建立目标地质体的数字模型，根据射线追踪正演分析，目标地质体的参数分析(面元分析等)，统计求取复杂地质模型目标层真正的共反射点覆盖次数，比较CMP面元与实际CRP面元的覆盖次数差异，CMP道集对应的共反射点面元分析，针对覆盖次数较低的目标层面元调整和优化观测参数，提高目标层的采集质量和勘探效果。