微地震监测是水力压裂中用于估计岩层情况的一种技术,从20世纪六十年代开始就广泛应用于油气储层动态监测和煤矿开采等诸多领域。本文大体介绍微地震监测数据处理的整个流程,包括监测数据预处理、微地震事件定位、震源机制的研究、应力场反演以及裂缝解释等方面。考虑到水力压裂裂缝的破裂和发育与岩石中的应力方向密切相关,而且应力场还影响着油气田注水过程中井位的优化、裂缝的发展和压裂方案的改进,所以本文的研究重点放在对应力场的研究和裂缝解释上,对应力场的复杂程度和反演精度的关系进行定量讨论,提出有效的适应于复杂应力场条件下的应力反演方法,并且详细刻画解释水力压裂裂缝的发育与分布特征。本文的具体内容包含以下几个方面:首先,对微地震监测的基本处理流程做出了整体的介绍,包括检波器校正的理论意义和处理方法,速度模型的建立、优化与必要性,监测数据的噪声压制和提高信噪比,有效微地震信号的拾取,以及微地震事件的准确定位。其次,系统讨论了地应力与水力裂缝的关系,包括构造应力、地层深度、断层类型、不同的岩性、孔隙压力等因素对地应力分布的影响,根据水力压裂曲线对水平主应力的测定,以及地应力、天然裂缝、断层等地质因素以及压裂工艺、施工参数等工程因素对于水力裂缝的影响。接下来,探究应力场的复杂程度对于应力反演的影响。通过数值模拟均一应力场条件下和复杂应力场条件下的震源机制解,利用基于真实断层面的迭代联合反演方法进行应力反演,并对反演结果进行误差分析,可以得出震源机制的不确定性以及应力场的复杂程度对应力反演结果带来的不同影响。同时,我还选择了与数值实验有相似特征的两组实际数据,分别进行应力反演和误差分析,用以和数值模拟的结论进行对比。之后,借鉴局部区域可能在空间上呈现出应力的不均一性这一思想,本文结合模糊聚类算法改进了传统的应力反演方法。通过对震源机制特性的研究,文中以能够充分代表应力特性的主压/拉应力的方向为基础,结合模糊聚类算法对微地震事件的震源机制进行聚类处理,再进行迭代联合应力反演,不仅提高了反演结果的准确性,还能够呈现出应力状态在空间上的不均一性,对于认知裂缝的破裂和发育过程具有重要作用。最后,根据震源机制椭球体和应力张量椭球体对水力压裂裂缝进行解释。以震源机制的主压应力轴、主拉应力轴和零轴或者应力张量的三个主应力轴为基础,根据它们的方向和相对大小构建三维椭球体,以椭球体的长轴方向表示裂缝延伸方向。并且通过三维椭球体的胖瘦及三个轴的相对大小判断区域应力各向异性的情况进而确定压裂裂缝的复杂度。