随着油气资源的开发与利用,油气勘探的重心不断向我国的西部地区和海域进行转移,地震勘探的目标层也逐渐由中、浅层转向深层。广角地震勘探作为获得深层高质量数据的一种重要技术手段,受到了越来越多人的关注。本文通过分析影响广角反射观测系统的主要因素,开展了广角反射观测系统优化设计的研究。鄂尔多斯盆地黄土塬地区巨厚的黄土层使得地震波能量在下传过程中吸收衰减严重,采集得到的数据表现为能量弱,信噪比低,分辨率低等特点,常规地震勘探方法很难实现对超深目的层中新元古界的勘探,由此提出了利用地震波在远偏移距出现广角反射的特点,提高超深目的层反射能量和成像精度,开展基于波动方程的超深层广角反射观测系统优化方法研究。首先分析和研究观测系统设计准则和波动方程算法,基于各种理论模型验证波动方程算法模拟广角反射出现条件的可行性。根据工区地震地质条件建立起适合研究区的地质模型,结合理论分析的结果,开展基于波动方程的正演模拟,通过分析不同偏移距单炮记录的正演结果,找出广角反射出现的条件,在此基础上分析了广角反射的频谱特征,得出广角反射除了振幅能量增强的同时主频会有所下降。同时结合目的层反射能量随偏移距变化趋势,确定了本次广角地震勘探的最大偏移距。鉴于工区特殊的地质条件,本次地震勘探采用了安全、高效的低频可控震源作为地震波的激发设备,通过分析可控震源激发不同激发参数的采集效果,进而将震源的激发参数优化至最佳状态。然后利用盒子波调查技术统计分析研究区内随机干扰的相干半径,根据得出的结果对比不同检波器组合方式效果,设计出检波器最佳组合方式。然后根据正演记录和干扰波的调查结果,结合本次研究和生产的需求,确定观测系统的各项参数。最后对采集到的地震资料进行处理,结合正演模拟的结果分析验证广角反射出现的条件以及频谱特征。对地震资料进行叠加处理。通过抽炮,抽道的方式验证了本次广角地震勘探观测系统设计的合理性。