本发明提供了一种非均质岩心模型及其制备方法，方法包括：将加工成预定形状的岩心体进行预处理；将石英砂与环氧树脂混合形成渗透率与所述岩心体渗透率接近的粘接剂；利用所述粘接剂将预处理后的至少两块岩心体进行粘接；按预设尺寸对粘接后的岩心体进行切削制备非均质岩心模型。本发明能够实现采用多种与储层天然岩心层位相同或物性相近的露头岩心，整体粘接、压制、切削，形成单根长度1m，多层非均质一维长岩心模型，既能保证渗流的稳定性，又能模拟储层垂向非均质性，尤其在扩大波及体积方法的研制上具有更大的优势，促进了实验手段的技术进步，完善了物理模拟驱油实验方法。