本發(fā)明提供了一種適用復雜介質(zhì)的三維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計方法，屬于石油地震勘探領(lǐng)域。本方法包括：(1)確定目的層和炮點設(shè)置范圍；(2)根據(jù)工區(qū)的現(xiàn)有的包括鉆進、聲波、密度測井資料、已有的地震、地質(zhì)資料在內(nèi)的資料建立工區(qū)三維數(shù)學模型；(3)根據(jù)常規(guī)VSP設(shè)計方法確定井中檢波器的擺放位置和排列方式，然后利用射線運動學逆向追蹤算法，確定地面炮點的排列方式；(4)在目的層上劃分面元，計算面元入射能量：用高斯射線束計算從每個炮點出發(fā)，到達目的層的每個面元的能量，將所有能量在目的層面元的疊加生成目的層的波場能量分布圖；(5)通過使入射能量均勻化來確定最終炮點排列。