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2011日本东北(Mw9.0)地震发生于太平洋板块与北美板块间的俯冲带上，是全球21世纪以来第二大地震，仅次于2004 Sumatra(Mw9.3)。该地震不仅引起了地壳的永久变形，而且引发了巨大海啸，给日本造成了惨重损失。同时，该地震为利用大地测量研究地震变形问题提供了机会。现代大地测量技术GPS和卫星重力能够提供精确的、高分辨率的位移场和重力场，其连续观测的时间序列是目前研究地球动力学问题的重要手段。大地测量技术能够观测到地震的同震地壳变形和地球内部质量迁移，可以用于改进地球物理模型，或用于研究断层的同震滑动特征，提高人们对地震过程的认识。基于这一点，论文主要利用大地测量数据，通过位错模型的正反演研究2011日本东北大型逆冲型地震的同震变形、重力场变化和断层滑动分布。 本文的研究工作主要包括: (1)提取了日本地震在近、远场的GPS同震位移。结果表明GPS观测到本州岛东海岸的最大水平和垂直位移分别为～5和～1m，远场中国大陆及其邻区有明显的水平位移，最大达到3 cm。将不同的断层滑动模型正演得到的同震变形与观测值做定量比较，近场结果表明用地震数据和GPS数据联合反演的断层滑动模型与GPS符合程度好于仅用地震数据的模型;远场结果表明GPS水平位移对断层滑动模型不敏感;近场和远场的结果都显示球体地球位错模型好于均匀半空间模型。利用球体位错理论的正演结果表明日本东海岸有明显的重力增加，有望能够被陆地重力仪检测到。本文还对GRACE数据做去相关和350km高斯平滑处理，并从时间序列中提取了同震重力变化。观测结果表明日本地震产生的空间重力变化信号主要出现在日本岛附近且重力减少。顾及海水质量再分布并经过空间平均处理的理论模型能够很好地解释GRACE观测。 (2)证明了GRACE能够观测到垂线偏差的变化。为了解释该观测数据，论文将球体位错做进一步扩展，得到了同震垂线偏差的Green函数。为了能够直接与GRACE观测比较，给出了对谱域Love数进行截断和高斯平滑处理的方利用现代大地测量数据研究2011日本东北大地震(Mw9.0)的同震变形和断层滑动分布法，通过数值试验证明了其有效性。对GRACE观测时间序列处理后的结果显示重力卫星能够检测到日本地震产生的垂线偏差变化。为了解释GRACE观测，论文进一步讨论了理论大地水准面和垂线偏差的海水改正方法。利用不同的断层滑动模型计算了空间大地水准面和垂线偏差，经过海水改正和空间平滑处理后的结果表明大地水准面对断层滑动模型不敏感，但其一阶导数垂线偏差则对断层模型十分敏感，可以考虑作为断层滑动反演的约束条件。 (3)利用陆地连续GPS(cGPS)、海底GPS(OB-GPS)和DInSAR同震位移反演了日本东北地震的断层滑动分布模型。基于Akaike Bayes InformationCriterion(ABIC)方法，讨论了各数据分辨率、边界条件、滑动角约束和断层倾角对反演断层滑动分布的影响。结果显示cGPS对滑动分布的分辨率高于DInSAR，但两者均无法分辨到浅层至地表的滑动分布，OB-GPS数据可以作为很好的补充。基于不同的断层边界条件，cGPS的反演结果表明在放松断层上边界的情况下，断层滑动分布能够到达地表。OB-GPS的结果表明浅层有超过30m的显著滑动能够达到地表，与断层边界无关。DInSAR数据分辨率低于GPS，反演的滑动分布无法分辩到浅于震源区域的分布特征。联合cGPS和OB-GPS的反演结果表明滑动角形状整体呈扇形分布，在断层浅层最大滑动处为完全逆倾滑，得到的地震矩相当于Mw9.1。 (4)提出了非负约束的断层滑动反演方法。ABIC准则能够从统计学角度准确选取最佳平滑因子，但得到的滑动分布存在不合理的滑动方向。这些不合理的走滑方向和沿倾滑方向补偿了逆倾滑，需要使用非负强约束条件。由于边缘似然函数对模型空间积分的困难，无法直接得到非负约束下ABIC准则解析表达式。本文采用了基于Monte Carlo采样的完全Bayes反演方法(FBI)，并用GPS和DInSAR数据反演了非负约束的滑动模型。结果表明非负约束很大程度上改进了GPS断层的滑动分布，超过10m的滑动更加集中;ENVISAT降轨数据只有一个LOS方向位移，很难得到理想的滑动分布。由cGPS和OB-GPS的反演模型确定的地震矩相当于Mw9.0。 (5)最后，论文给出了一种用GRACE空间采样的同震重力变化反演断层滑动分布的方法，并将其用于东北地震的同震滑动分布的反演。利用FBI方法反演得到的日本东北同震滑动分布表明:鉴于GRACE数据的空间分辨率只有300 km，反演结果仅体现出低频平均的断层滑动信息，无法描述高频的局部细节。该模型确定的震级约为Mw9.0。