一种多分量地震资料最小二乘逆时偏移成像方法及系统，该方法在弹性波逆时偏移方法基础上进行了改进，可直接以多分量地震资料为输入，在反演的框架下，通过在偏移的不同步骤采用不同的波场延拓算子以及新的成像条件，从而实现基于反演的多分量地震资料偏移成像。本发明将反演的思想引入弹性波逆时偏移中，与常规弹性波逆时偏移相比可获得高精度、高分辨率、高信噪比、振幅保真的叠前深度偏移剖面；能有效克服横波极性反转造成的同相轴相消干涉，且在完整地保持纵横波矢量特性、振幅以及相位特性的同时，有效地消除纵横波之间串扰造成的偏移假象，提高了成像的精度，可应用到各种复杂介质模型的多分量地震资料偏移中，且成像剖面明确，便于后期地质解译。