应用矩张量概念对震源物理的研究是当代地震学的一个重要的前沿课题。近二十年来,随着宽频带数字地震仪的广泛应用,地震波形记录的质量明显提高,同时,计算合成理论地震图的理论和方法也取得了长足的进步,极大地推动了对震源物理过程研究的进展,尤其对于区域性中小地震而言。由于区域性地震的波形记录包含了有关震源和区域地壳的丰富的信息,利用波形资料研究区域性中、小地震的震源机制,其结果有助于了解震源区和区域性构造应力状态以及断层的构造特性,是理解地震孕育过程的重要途径。近年来,在使用矩张量反演方法来确定中、小地震点源机制解、中小地震有限破裂参数等研究领域取得了显著进展。本论文在前人研究基础上,系统阐述了用矩张量研究区域性中、小地震的震源机制的方法,发展了两种针对区域中、小地震震源参数反演的求解方法。在本论文的第一章,作者简要叙述了震源参数和矩张量的一些基本概念,回顾了断层面参数和矩张量解的基本关系,并概要叙述了矩张量的一些特性及具有物理意义的矩张量分解方法；随后,给出了矩张量反演的基本关系式与地震学家已经提出的一些基本的矩张量反演方法,并对这些方法进行了简单的分类；在普遍意义上,对矩张量反演的一般步骤进行了陈述。在第二章,作者首先回顾了区域矩张量反演的进展及现状,讨论了该研究方向的发展趋势；其次,结合论文的研究和应用需要,概述了双力偶震源机制的最小空间旋转角,即Kagan角的由来与定义,以及它的计算和表示方法；最后,以Kagan角为衡量,以2010年2月26日台湾Mw5.4级地震为例,讨论了稀疏台网反演区域偏量矩张量解的稳定性问题。计算结果显示：(1)选择分布不同的3个台站的组合,基本上都可以得到较为准确的矩张量解。其中,台站分布覆盖的方位角张角较小(≤30°)的台,得到的震源机制与GCMT给出的解的Kagan角在20°范围内,而台站覆盖的方位角张角较大(≥30°)的组合,得到的解与GCMT解的Kagan角在15°范围内。可以认为由三个台站的组合得到的解较为稳定。(2)研究了两个台站的所有组合求解矩张量解情况。统计结果显示：Kagan角≤15°的解占23.8%,在30°以内的解占所有解的76.2%。这说明在合适的情况下,用两个区域性的地震台求解也可以得到较为准确的矩张量解。在论文的第三章,我们提出一种区域纯偏量矩张量的反演方法,并使用合成数据进行了数值实验。方法根据Langston (1981)的剪切位错源的位移表示理论和Minson和Dreger (2008)给出的远场位移矩张量表达式,强制约束矩张量中的各向同性分量为零,使用基于Hilbert变换的波形包络函数作为增强约束,采用迭代方法计算最佳时间平移,在时间域内进行全波形偏量矩张量的反演。数值实验的结果表明：(1)在速度结构模型和定位准确的情况下,噪声干扰水平30%以内时,矩张量解相当准确且稳定,与真实解的双力偶分量的百分比的偏差在5%以内,Kagan角在5°以内。(2)在震相到时误差限制在±3s以内时,矩张量解整体上仍然较为稳定,约有2/3的解与真实解可以认为非常接近(Kagan角<15°,双力偶成分百分比的偏差在±5%范围内)；约有近90%的解与真实解的偏差很小(Kagan角<30°,双力偶成分百分比的偏差在±10%以内)：说明该方法对地壳介质的各向异性和横向不均匀性不敏感。(3)使用不同模型进行测试的结果说明,速度模型对反演结果存在重要影响。我们一般所使用的一维模型接近真实地壳模型的平均时,可以得到接近真实的解；模型与真实的地壳结构相差不大时(小于±10%的误差水平),得到的解与真实解比较接近；误差程度超过10%甚至接近20%的水平时,矩张量解会出现很大的偏差。(4)地震的定位误差在矩张量反演中主要影响震源深度的判定,从而导致最终解中出现虚假的非双力偶成分,但在约束为偏量矩张量的情况下,反演得到的解的断层面参数与真实解的偏差不大。(5)在使用稀疏数据(最少3个台站)且台站方位角覆盖较差(<60°)的情况下,使用平均模型仍可以得到较为准确的解。通过不同水平的噪声干扰、震相到时误差、定位误差以及不同速度结构模型和台站布局情况下的检验和测试,表明本文给出的在时间域内通过全波形线性反演求解地震的纯偏量矩张量的方法有较好的稳健性和可靠性。使用该方法对2010年10月24日河南周口太康M4.7地震的震源机制进行了计算,得到的结果与用初动符号求得的断层面解比较一致。在论文的第四章,我们发展了一种基于全波形振幅谱的频率域震源机制反演方法,在约束为纯双力偶解的情况下,通过理论谱与观测谱的相关拟合搜寻断层面参数,基于粒子群优化算法可以在较短的时间内得到稳定可靠的结果。数值试验表明：在定位误差较大,以及台站布局较差的情况下,振幅谱反演仍可较为准确地得到震源机制,并且由此计算得到的最优震源深度仍比较接近真实的震源位置。相对于时间域波形反演,振幅谱方法计算速度快,扣除仪器响应更容易,并且该方法既不需要确切的发震时刻,也无需对观测波形和合成波形进行人工对齐,减少了中间误差。此外,由于数据量少,观测谱与合成谱之间的拟合程度的量化也比波形要容易。因此更适合于区域中等地震的矩张量反演的自动化处理。使用该方法对2010年5月17日渤海ML4.0级地震的震源机制进行了检验计算,计算结果显示,此次地震的最佳深度9km,标量地震矩Mo=3.049×1014Nm,相当于矩震级Mw3.7；不同频段的反演结果相对稳定,由合成谱反变换得到的合成波形与观测波形拟合程度较好,震源机制结果与P波初动解结果较为一致。此外,研究表明,在反演过程中增加相对高频的成分,可以提高深度的分辨能力,但受一维速度结构模型的限制,可能会减弱合成波形的拟合程度。最后使用该方法对山东半岛及近海地区2003～2010年14次ML≥4.0地震震源机制进行了估计,给出了最佳的双力偶震源机制解。第五章,我们利用山东台网以及由5个三分向仪器组成的临时台网的记录波形,使用时间域矩张量反演方法,研究了2010年11--12月间博山地区一次特殊震群事件的震源机制,结合当地的地质构造分析,讨论了区域小震矩张量解中非双力偶机制的可能来源及其物理成因。研究结果显示：(1)在震群活动的开始阶段,震源机制中双力偶分量的比例较高,主要是构造应力作用下的剪切破裂；而随后的几次事件的矩张量却显示出很大的非双力偶分量,震源性质属于拉张断裂；(2)震群事件的震源机制结果显示,除11月25日发生在震群南约16km的构造地震事件显示为逆冲断层外,其余震群事件的双力偶分量基本显示为正断层,P轴位置近乎垂直,且震群事件的震源滑动矢量的投影方向相对稳定；(3)结合震中区地质构造特征,分析认为此次震群事件是博山地区小区域应力调整作用下与王母山断裂有关的断裂构造活动的结果；(4)在讨论矩张量解的可靠性的基础上,分析认为高孔隙压力的地下流体参与了震源区的破裂过程,并在此次博山震群活动中扮演了重要的角色。