随着世界油气需求的持续增长,油气作为不可再生资源被逐渐消耗。非常规油气开发地位愈发重要起来。人工产生地震技术已广泛应用于非常规油气藏开采等领域。微地震是指由水力压裂技术对底下选定位置注水,通过注水改变底下应力场改变使得岩石破裂,从而产生的微小振动事件。微地震信号根据主频率不同分为地面微震和井中微震两种。目前,国内外微地震监测主要是通过在压裂井附近放置三个监测不同分量的检波器,通过对微地震事件三分量的连续记录,得到监测结果。然而,检波器采集是常常伴随着几个问题,使得接收到的信号不容易分辨。其一,地表常常凹凸不平,接收到了同一信号的不同分量有不同时延,且同一底层上的相邻返回记录也有不同时延。其二,水力压裂的震动很微弱,更容易收到近远场人文噪声和自然噪声的干扰,使得能够判断底层分界的有效信号淹没在噪声中。其三,检波器分布的相对距离和角度都可能影响接受到的信号。因以上三点,可以得出,对检波器得到的微地震信号进行必要的处理,得到清晰连续的信号,更有助于我们接下来判断信号的位置,从而判断是否含有油气资源。在微地震信号的处理中,有两种常见处理方向。一是噪声压制,二是初至拾取。传统的压制噪声的方法,如基于小波变换及由其演变而来的shearlet变换硬阈值等方法,由于信噪比过低且频率与噪声相近而适应性变得不强。传统的初至拾取方法如Akaike信息准则AIC或前后时窗比STA/LTA等方法均在时域处理信号,在微地震数据质量较差时,难以取得满意的效果。针对以上问题,我们提出一种新的基于信号与噪声在流形上区别的分离手段,进而实现信号定位。并在此基础上,达到拾取初至和压制噪声的目的。本文提出一种基于谱多流形聚类的微地震信号处理方法。首先,将微地震信号进行最大叠加能量法剩余静校正,接着选取非线性降维方法中的谱多流形聚类方法,并将修正后的信号作为高维信号。通过该算法可以得到其保持拓扑结构不变的低维表示。本文方法通过对信号与噪声在流形上的区别,将信号与噪声分离。成功避免了微地震有效信号与噪声在幅度,能量,频率和相关性上差别较小的特点,最终得以成功的分离有效信号与噪声。文章将本文算法应用于微地震信号处理,实现了将信号位置定位后的噪声压制和初至拾取。通过与传统噪声压制和初至拾取方法的多种对比放大图形,准确率折线图,表格或者单道对比图,差值图等对比方式发现,本文算法在噪声压制和初至拾取中均取得了优异的表现。初至拾取在输入信噪比为-6d B的前提下,准确率可以达到92.5%,噪声压制可以将信噪比从-5.1003提升到11.6525d B。以上可以证明,本文算法成功将非线性降维理论首次应用到了地震信号处理领域,并且利用谱多流形聚类算法较好解决了在低信噪比下有效信号与噪声难以分离,难以噪声压制和初至拾取的难题。