本发明公开了一种三维CT岩心图像超分辨率重建方法,包括对CT扫描岩心三维图像进行退化,对退化后的三维图像进行分解、提取特征,得到特征块2;对提取特征应用算法进行字典训练,得到低分辨字典Dl及稀疏系数α;对输入的CT三维图像进行分解、提取特征,得到特征块1;根据特征块1及稀疏系数α求得输入的CT扫描岩心三维图像的高分辨率字典Dh;根据特征块1及低分辨率字典Dl求得新稀疏系数β;根据高分辨率字典Dh及新稀疏系数β,求得高分辨率三维图像块;用插值算法将CT扫描岩心三维图像进行上采样,得到放大的三维图像;将高分辨率三维图像块填充到放大的三维图像中,得到放大后的岩心试样三维模型。本发明解决了三维CT图像分辨率与试样尺寸相矛盾的问题。