∵大圆半径是小圆半径的2倍，∴设小圆半径为rcm，则大圆半径为2rcm，∵两个半径不等的圆相切，圆心距为6cm，∴当两圆外切时：r+2r=6，解得：r=2，∴小圆的半径为2cm；当两圆内切时：2r-r=6，解得：r=6，∴小圆的半径为6cm；综上可得：小圆的半径为：2cm或6cm．故选D．
