本发明提供了一种基于射线理论的VSP精确层位标定方法及系统，属于油气勘探开发中的地震资料处理与解释领域。该方法通过地震数据观测系统和测井数据建立地震正演模型，通过地震正演模型及初至旅行时拾取，获得VSP上行波旅行时误差及初至旅行时误差，然后通过VSP上行波旅行时误差校正及初至旅行时校正得到VSP精确双程旅行时，确定时深关系，进而实现VSP精确层位标定。本发明更加符合地下地层实际情况，为精确层位标定奠定了基础，基于射线理论可准确计算VSP上行波旅行时误差，计算效率较高，结合初至旅行时拾取，能够通过旅行时校正得到精确的VSP双程旅行时，确定正确的时深关系，进而进行精确地层位标定，获得准确层速度。