微地震监测技术广泛应用于非常规油气开采,是目前评价压裂效果最有效的手段。本文系统地研究了与微地震监测相关的正演理论、三分量数据处理技术,以及声源定位方法,并且通过物理模拟实验校验和比较了不同的微地震声源定位方法。本文正演部分首先基于标准交错网格有限差分技术模拟了剪切破裂声源的波场特征,并将数值模拟结果与声源理论相对比,验证了有限差分双力偶模型的合理性。然后研究了两种射线追踪方法:一种是专供于水平层状介质的两点射线法,另一种是基于点式扩张的快速行进法(FMM)。通过算例检验可知,两点射线法计算速度快,可以得到地震波的传播时间和传播路径,但该方法仅适用于水平层状介质;快速行进法适应性强,即便是应用于极端的球形介质模型依然具有极好的收敛性,但该方法只能计算走时场,不能得到传播路径。两种方法应用于同一模型时,走时场计算结果最大差距不超过80μs。论文预处理部分研究了微地震监测所涉及的各种波形数据处理技术和一些特殊物理量的计算方法。首先根据不同噪声的特征研究了对应的滤波方法,如FIR带通滤波器(组)、陷波器、LMS自适应滤波等。三分量检波器已广泛应用于微地震监测,本文基于奇异值分解算法实现了一种稳定高效的偏振分析技术,贯穿全文的算例证明了此方法的稳定性与可靠性。借助射孔纵波信号和偏振分析实现了井下三分量检波器的姿态校正,从实际射孔信号的处理结果来看,检波器坐标系旋转完成后,偏振方向不再是随机杂乱的,而呈现出了一致性。本文基于瞬时偏振方向的概念,提出了一种三分量数据综合能量比的计算方法,从实际数据的应用效果看,相比传统的长短时窗能量比方法,综合能量比方法具有更强的幅度响应,并且可实现纵、横波信号的分离检测。地球表面近似于自由边界,边界上质点的振动是入射波与反射波共同作用的结果,因而地面检波器记录的是自由边界质点的合振动信号。本文推导了边界上质点的总位移矢量表达式,提出了一种反射波与入射波分离的方法,从正演数据的应用效果看,这种分离方法是切实有效的。本文基于三分量波形的综合相似度和综合幅度提出了一种加权相似度定位方法,这种方法无需拾取信号初至,并且同时利用纵、横波信息,以幅度加权的相似度进行声源成像。本文大量测试结果显示,相比传统的偏移类方法(波形相似度方法和幅度叠加方法),加权相似度方法具有更低的定位不确定性和更强的适应性。为了校验和比较微地震监测的声源定位方法,进行了相应的物理模拟研究。以一个巨大的水泥块作为实验样品,手持金属锤敲击实验样品表面激发声源,将四个三轴加速度计按线型阵列布置在实验样品表面用以接收三分量波形数据,对实验测量的多道波形数据进行了处理,将相干性扫描成像图与偏振方向相结合确定声源的三维空间坐标。模拟研究结果表明,在同等误差条件下,加权相似度方法定位精度最高,综合幅度叠加方法定位精度最低,物理模拟实验进一步验证了新方法的可靠性和适用性。