本发明公开了一种基于时空组合的地震数据优化的方法及装置，该方法包括以下步骤：获取地震叠后纯波数据和地震叠后成果数据；建立三维地震卡尔曼滤波模型，包括三维地震横向空间卡尔曼滤波模型和三维地震纵向空间卡尔曼滤波模型；一次时空组合的三维地震卡尔曼迭代滤波；多次时空组合的三维地震卡尔曼迭代滤波。本发明公开的一种基于时空组合的地震数据优化的方法，滤波后的地震剖面分辨率没有明显的降低，地震剖面的波组关系及纵横向地震振幅能量关系与滤波前地震数据保持不变，滤波后的地震数据反演结果信噪比明显提高且地质体横向追踪更加高效。