本发明涉及油气地震勘探领域，特别是涉及一种高可靠性地震勘探观测系统的建立方法，利用该方法可以完成高效高精度地震波数值模拟工作，并通过地震波数值模拟对观测系统做出合理评价，其所得的地震勘探观测系统对地下岩层的成像结果也更为可靠。该建立方法包括有建立三维层状地层模型、设计多个备选的地震勘探观测系统、利用有限频率Snell定律每个炮检对地震波主能量的传播路径、计算地震波传播到地表的能量以及范围分布情况、获取射线束核心振幅分布、形成共炮点道集、计算目的层曲面网格在不同偏移距和方位角分段内的累加能量、对模拟共炮点道集进行叠前深度偏移、绘制目的层曲面网格在不同偏移距和方位角分段下的累加能量图、确定出最佳的观测系统等步骤。