岩石力学性质和地应力是石油工业中油气资源评价、油藏模拟、油气井工程设计和施工的重要基础资料之一。本论文利用室内岩心试验、测井资料解释、现场压裂施工资料分析以及地应力场有限元模拟等手段对油田岩石力学特性及应力场进行了综合研究。通过岩心不同围压下的三轴压缩试验,获得了静态岩石力学参数,分析了各三轴参数与围压之间的关系,给出了峰值强度和弹性模量与围压的线性拟合关系式。进行了岩心纵横波速试验,获得了动态岩石力学参数,给出了研究区块纵横波波速之间的关系式。分析了动、静态岩石力学参数之间的关系,为工程上获得连续的静态岩石力学参数提供了依据。对油田某区块垂直地层方向和平行地层方向的砂岩岩芯进行了三轴压缩试验和动态岩石力学参数试验,计算了各岩石力学参数的各向异性系数。通过分析围压以及深度对各向异性系数的影响,给出了砂岩峰值强度、纵波波速、纵横波速比和泊松比的各向异性系数与深度的拟合公式。得出峰值强度、纵波波速和纵横波速比的各向异性系数都随着深度的增加而减小,而泊松比各向异性系数随着深度的增加而增大。动、静弹性模量各向异性系数与深度相关性都很差,动弹性模量各向异性较弱,静弹性模量相对较强。利用灰岩岩样三轴压缩试验的应力-应变曲线拟合了3种围压下应变能与应变的关系式,从而可以求得灰岩在任一轴向应变时的能量值。在考虑岩样对液压油做功的前提下,分析了压缩过程中几个阶段的能量转化方式,解释了高围压条件下岩石破坏更加剧烈的原因。基于裂缝扩展程度影响弹性模量大小的情况,提出了裂缝发展系数F的概念,给出了3种围压下利用轴向应力?求取F的经验公式,从而可以获得灰岩压缩破坏过程中各阶段的实际岩石力学参数,并且用F值的变化趋势解释了高围压时峰值强度附近出现塑性平台的原因。进行了地应力大小和方向的室内岩心试验,包括声发射试验、波速各向异性试验和古地磁定向试验。利用围压下的声发射试验进行了研究区块试验岩心的最大、最小水平主应力测试,给出了水平主应力大小与深度的拟合关系式。进行了单轴压缩条件下声发射试验地应力值与实际地应力值之间的关系研究,结果表明单轴压缩条件下声发射试验测得的应力值并不等于某一主应力值或主应力之间的差值,它与各向主应力联合作用下的破坏机理有关;基于单轴加载条件下测得的声发射应力值为实际各向主应力的线性组合,对组合中表征岩石特性的无量纲系数k进行了分析,利用声发射试验结果和水力压裂结果求得的k值在0.08到0.23之间;鉴于库伦破坏准则公式与声发射应力值公式的相似性,对系数k与内摩擦角φ之间的关系进行了研究,得到了求取系数k的公式,两者的指数相关系数高达0.97。通过全直径岩心的波速各向异性试验,获得了地应力方向的相对方位,然后利用带有标志线的小岩心的古地磁定向试验测定了地理北极与标志线之间的方位,最终综合确定了研究区块的水平主应力方向。利用测井资料进行了岩石力学参数和地应力的解释研究。根据油田提供的密度测井和声波测井资料,结合纵横波速之间的关系得出了岩石力学参数。介绍了几种以垂向应力为基础估算水平应力的模型方法。利用LogVision软件平台对测井资料进行了分析,给出了研究区块各井相应深度下的地应力方向玫瑰图。介绍了水力压裂的基本力学模型,给出了根据水力压裂曲线进行最大、最小水平主应力计算的公式,并且考虑了渗透性压裂流体的情况。对水力压裂法应力测量的几个相关参数进行了讨论分析。利用研究区块的现场压裂施工资料,进行了各施工层位地应力大小的计算,给出了最大、最小水平主应力与深度的拟合关系式。综合室内岩心试验和水力压裂获得的地应力数值,得到了研究区块水平主应力大小的梯度。进行了地应力场的有限元模拟。基于线弹性问题的可迭加性进行应力场的多约束优化反演,以实测关键井点的应力值和反演值之间的差值为目标函数,以各边界应力加权系数所要满足的区间范围为约束条件,利用MATLAB软件进行约束优化反演。将实测值与ANSYS软件模拟值进行比较,除井点密集区外围三个点的误差较大外,其余点基本吻合,在整个研究区块内模拟结果较好。