公開了一種頁巖油氣儲層的小尺度非均勻地質(zhì)建模方法及系統(tǒng)。該方法可以包括：根據(jù)巖芯樣品的分析結(jié)果，確定礦物類型及每個礦物類型的含量；根據(jù)礦物類型，確定單元類型與每個單元的尺度，進(jìn)而建立每個礦物類型對應(yīng)的小尺度模型；根據(jù)礦物類型的含量，獲取轉(zhuǎn)移概率矩陣；根據(jù)巖芯樣品的分析結(jié)果，確定不同深度區(qū)間的單元類型與分布模式；根據(jù)單元類型與分布模式，確定單元類型的厚度，進(jìn)而獲得小尺度地質(zhì)模型。本發(fā)明針對頁巖油氣儲層三孔隙的微觀復(fù)雜性，以及層狀、紋層狀構(gòu)造特征，基于隨機模擬的馬爾科夫鏈方法，實現(xiàn)頁巖儲層的小尺度地質(zhì)建模，精細(xì)刻畫頁巖儲層的細(xì)粒沉積特征和三孔隙特征。