近年来，深水区的地震勘探已经成为世界范围内油气勘探开发领域的热点。但是深水区崎岖海底给海上勘探带来了许多技术上的难题。深水崎岖海底严重影响了其下覆地层的地震成像，并造成了构造形态的严重畸变，时间构造图无法反映构造的真实形态。为了更好地解决崎岖海底带来的难题，就必须对传统的海上观测系统进行优化设计，从而获得质量更高的海上地震资料。本文选择了地震物理模拟的方法对海上观测系统进行优化设计。首先构建深水区崎岖海底的地质模型，然后在物理模型上采用多套二维海上观测系统进行数据采集，最后分析对比得到的数据。分析表明，海底起伏对下覆层界面的成像有较大的影响，峰谷下方各界面能量分布不同，同相轴出现上拉或下陷并有不同程度的断点，峰顶下方的能量有所增强，谷底下方的能量减弱。炮点在陡坡一侧时，绕射的能量强，海底构造的成像效果比另一侧好，但下层的成像效果正好相反。海底深度增加使海底构造的绕射增强，波场更复杂，海底下层界面的断点增多，横向成像效果更差。