本发明属于横波勘探技术领域，公开了一种横波观测系统设计方法，获取勘探区目的层参数信息；根据勘探区目的层参数信息确定横波观测系统的横波面元；根据勘探区目的层参数信息确定横波观测系统的横波接收线距；根据横波直达波、横波折射波和横波反射波时距曲线定量计算横波最大偏移距；根据横波波动方程正演和野外试验采集实际横波地震记录，对步骤S2的横波面元、步骤S3的横波接收线距和步骤S4的横波最大偏移距的有效性进行验证；依据实际横波资料信噪比和横波有效偏移距范围计算横波观测系统覆盖次数和覆盖密度。本发明通过定性和定量设计横波九分量三维观测系统，取得高品质横波地震资料。本发明适用于横波观测系统的设计。