本发明公开了一种地震数据重建方法，包括以下步骤：获取待重建的地震数据及其采集矩阵；对地震数据和采集矩阵进行分块处理；建立每个小块的地震数据及其对应的采集矩阵的双曲正切函数正则化的稀疏反演模型；通过每个小块数据求取该稀疏反演模型的最优解，得到重建后的地震数据；对所有分块数据进行数据重建，并将所有重建的数据拼接成完整的重建数据。本发明公开的地震数据重建方法计算速率快、精度高，不仅适用于二维数据，同样适用于三维数据和五维数据；不仅适用于叠前地震数据，也适用于叠后地震数据；不仅适用于陆上地震勘探数据，也适用于海洋地震勘探数据。