本发明涉及一种基于岩心二维颗粒图像的三维颗粒结构重建方法。即基于岩心二维图像的三维建模问题,利用二维图像中包含的矿物颗粒信息,推断与二维颗粒结构相对应的三维颗粒结构信息。具体提出基于模拟退火算法与颗粒生长算法相结合的岩心颗粒微观结构重建算法,使重建的三维颗粒结构与二维颗粒结构参考图像具有相似的形态分布,并能够很好的捕获岩心颗粒结构特征;其微观结构中矿物颗粒的三维分布不仅展现了矿物颗粒空间分布,且在三维颗粒结构基础上量化不同矿物成分对其结构性能的影响;重建的三维微观结构为真实岩心微观结构提供了一个很好解释;可用于岩心微观结构电学特性及渗流特性的研究,具有实用价值。