基于震源理论、利用地震波形资料、通过反演技术研究地震震源的破裂过程是定量认识震源运动学特性的最有效的途径,因此,地震破裂过程的数字波形反演和成像成为近年来地震学研究的前沿和热点问题。震源运动学研究的发展对于震源动力学研究、地震预测以及震后抢险救灾都有着重要的理论和现实意义,所以,能够从地震记录中获得越来越多的震源运动学信息以便更全面地描述震源破裂的复杂性成为此类研究的努力方向。然而,随着未知量的增加,分析结果的不确定性也在增加。因此,如何在确保结果的确定性或稳定性前提下,最大限度地从地震资料中获取震源运动学信息便成为当前利用数字波形资料分析震源复杂性的研究中的一大难题。例如:现有的许多关于震源破裂过程的反演分析中,为了达到使反演稳定的目的,人为地设置了关于破裂速度、子断层震源时间函数形状和发震断层机制固定不变等前提条件。众所周知,不恰当的前提条件往往会扭曲反演结果。因此,本研究的任务是基于震源基本理论,发展、改进和优化利用地震波形资料研究震源运动学问题的方法,其目标是在保证反演稳定可靠的基础上,尽量减少人为设置的前提,尽量获取多的震源信息。本文首先从位移表示定理出发,推导了用于地震震源破裂过程反演分析的基本方程,构建了视震源时间函数反演方法和直接波形反演方法的一般形式,并首次从理论上分析讨论了不同的资料组合对反演结果的分辨能力的影响(尤其是空间分辨能力);然后,在前人工作的基础上,优化、改进和发展了多种用于震源破裂过程反演分析的方法,并通过数值试验和实际震例检验了这些方法的优越性。为了获取稳定可靠的视震源时间函数,本文引入了PLD(映射Landweber反褶积: Projected Landweber Deconvolution)方法,并专门针对视震源时间函数的提取构造了遗传算法。数值试验和对实际资料的应用结果表明,相对于传统的水平线方法,这两种方法都有着相当的优越性。利用这两种方法,本文提取了2005年克什米尔M_W7.6地震各个震相的视震源时间函数和2001年昆仑山口西M_W7.8地震的瑞雷波视震源时间函数。与其它研究结果的比较表明,本研究得到的结果是十分可信的。为了在震源机制固定的情况下利用视震源时间函数或直接利用波形资料获取稳定可靠且符合实际的反演结果,本文放开对子断层时间函数的形状的前提假设,引入拉普拉斯方程实现了破裂在时间上和空间上的光滑约束,以及标量地震矩最小约束,实现了约束条件的合理且高效化,构建了新的反演方程。对2005年克什米尔M_W7.6地震、2001年昆仑山口西M_W7.8地震和2007年宁洱M_S6.4地震的应用表明,本文提出的方法效果甚佳。为了获取滑动方向在地震断层面上的变化信息,同时保证反演结果的稳定性,在保持线性反演的前提下,本文找到了约束子断层在走向和倾向上具有相同时间过程的技术途径。利用这种方法,本文分析了2004年苏门答腊—安达曼M_W9.3地震的时空破裂过程。分析结果和其它研究结果的比较表明,这种方法的应用是非常成功的。为了获取震源机制在地震过程中的变化信息,实现对震源区不同空间位置子事件不同震源机制的再现,本文首次提出通过线性反演过程对地震破裂过程成像的方法和技术途径。利用这种方法,不但可以得到震源机制随空间的变化,而且可以通过逐步搜索法估计地震的最佳破裂速度。这种方法和技术途径的优越性在对2001年昆仑山口西M_W7.8地震的应用中得到了充分的体现。最后,针对2008年发生在四川的汶川M_W7.9地震,除震后的快速响应外;我们还采用本文中介绍的多种方法进行综合细致的分析,得到了此次地震较为详细的破裂过程解。