本发明提供了一种矢量凸集投影多分量三维地震数据重建方法及装置，其中，该方法包括：将三或四分量三维地震数据的各分量数据变换至频率域；在频率域提取各分量正频率部分的单频率切片数据；将提取的正频率部分的单频率切片数据矢量联合表示为复四元数；基于复四元数傅里叶变换，利用矢量凸集投影迭代方法对单频率切片对应的复四元数矢量联合重建，得到正频率部分单频率切片的重建结果；对正频率部分单频率切片的重建结果中的各分量数据取共轭，得到负频率部分单频率切片的重建结果；根据正频率部分和相应负频率部分的重建结果，得到频率域所有频率切片的重建结果，并变换至时间域。通过上述方案能实现三或四分量数据联合重建而且能提高重建效率。