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近几年非常规能源的勘探和开采利用备受关注。微地震监测在页岩气开采的水力压裂缝网监测、压裂过程优化设计中起到了关键作用。微地震波与常规地震波不仅频带/幅值范围不同，而且水力压裂微地震的持续时间长、事件密集，岩体破坏机理和类型复杂、干扰因素多，使得微地震波形包含有短时脉冲波、多周期持续波等多种复杂波形，是一种频率随时间变化的特殊非平稳信号，因此，常规地震波的初至走时拾取方法不能直接应用到此问题中，需要发展有高时频分辨率的时域-频域二维瞬时谱分析模型，来描述微地震波在不同时间和频率下的能量密度和强度，分析信号的二维波形特征，并对微地震波进行全波形分析。 为了克服现有时域分析方法因引入时窗而导致时间和频率分辨率不能同时兼备的缺点，考虑到匹配追踪法（Matching Pursuit，简称MP）不受时窗限制且可以随信号特征自适应匹配原子波形，具有更好时频分辨率的优势，本文发展了改进匹配追踪（Modified Matching Pursuits，简称MMP）的水力压裂微地震波的瞬时谱分析新模型，主要改进为: 1）引入具有线性和非线性时频关系的两种基函数(Chirplet和FMmlet原子函数)，用于描述微地震波频率随时间变化的特性，克服了以往原子频率定常的缺点; 2）建立基于多种原子的MRC（Morlet-Ricker-Combined）原子库，识别多种水力压裂微地震波，捕捉短时脉冲和其它长持续多周期信号; 3）对参数搜索过程进行了合理优化，通过对各个控制参数进行敏感性分析，给出不同参数范围的变化规律及其离散方法，从而提高匹配追踪的迭代效率、减少计算时间。 最后，利用本文发展的MMP模型，对复杂频变信号以及微地震实测信号进行了时域-频域二维瞬时谱分析和稀疏表达，结果表明: 1）MMP模型具有更好的时频汇聚性，得到的时频谱的分辨率优于传统短时傅里叶变换和小波变换，可以更准确地拾取事件的发生时间和频带; 2）基于MMP的时频分析能够识别多种波形，不仅捕捉短时脉冲信号、准确给出脉冲发生的时刻和频率，还能识别长持续多周期信号; 3）对于频率随时间变化的信号，MMP模型能很好描述信号的时频关系，克服了以往MP模型只能描述频率定常信号的局限性; 4）MMP模型不仅可以进行事件初至时间拾取，还能对信号进行全波形分析，通过对主要事件附近的信号全波形分析，得到更多的时频和波形信息，可以进一步深入分析微地震波，为岩石破坏机理和震源机制的解释提供重要依据。