本发明涉及一种基于超维的非均质岩心三维重建方法。该方法基于多孔介质二维图像的三维建模问题，利用超维采用真实岩心建立字典的优势，通过先验信息重建非均质岩心。具体提出引入基于概率的图像块选择机制，建立超维重建字典中二维图像块及对应真实岩心中三维图像块0元素个数的对应关系，以概率选择的方法对字典中的元素进行选择，以保持非均质信息。同时通过引入随机重建起点的机制，消除原始超维重建算法建立非均质岩心时非均质簇向均质簇扩散的现象。在此基础上，我们给出了非均质重建算法。重建的三维非均质岩心结构可以很好地保持二维参考图像的非均质特性，为真实岩心微观结构提供了一个很好解释。