本发明提供了一种三维矿物模型的建立方法，包括：选择岩石样品，放入CT扫描仪中获取X射线CT扫描获取图像，进行三维重构生成三维岩石模型；将岩石样品制备成岩石薄片样品进行矿物成分定量分析，获取矿物分布的二维图像；在三维岩石模型中寻找与矿物分布的二维图像相同的图像，对所述三维岩石模型中的相同矿物颗粒进行标定，确定不同灰度值代表的矿物成分，根据所述标定区域的灰度值在所述三维岩石模型中选择相同灰度值的区域进行标定进行矿物成分填充，矿物成分填充完善后，三维矿物模型建立。本发明建立了标准孔隙和各主要矿物的多元三维矿物模型，从而更好地进行储层表征和岩石参数模拟，为后期储层评价和有利勘探区选取提供了依据。