本发明提供了一种提高三维初至层析反演精度的方法及装置，该方法包括：根据目标区域以往资料及表层结构变化特征，选择生产炮点所在位置；基于所选生产炮点，沿测线方向布设附加观测系统，用于记录生产炮点激发时的地震数据；当生产炮点激发时，对所述附加观测系统记录的地震数据及生产观测系统记录的地震数据分别进行拾取，得到附加观测系统的初至以及生产观测系统的初至；联合生产观测系统的初至与附加观测系统的初至进行层析反演建模。本发明通过减小纵横向初至采样间隔，增加近道初至密度，提高了对表层的层析反演建模精度，适应地表复杂，常规表层调查难以实施的地区，减少了复杂区对微测井的依赖，降低了勘探成本，具有较好的应用前景。