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近年来，随着观测精度的提高和观测台站的增多，GPS(Global Positioning System)这一空间大地测量技术取得了飞跃的发展。GPS技术为地壳形变监测提供了有效的手段，也为同震、震后形变的深入研究提供了新的契机。基于同震形变观测，可以研究地震的同震破裂模型，为传统地震学研究提供有效辅助。而以震后形变为约束，可以探讨断层的余滑性质、下地壳/上地幔的流变性，为断层的运动学研究和区域地球动力学研究提供依据。
本文首先介绍了同震和震后形变研究的历史与现状，然后系统阐述了同震和震后研究的相关理论和方法。在此基础上，本文采用GPS观测资料反演了2008年Mw7.9汶川地震和2011年Mw9.0日本仙台地震的同震位错模型，并对2001年Mw7.8昆仑地震的短期震后形变机制进行了深入的分析。最后，采用有限元方法系统研究了介质的分层结构和横向差异对同震和震后形变场的影响，同时分析了介质结构的差异对位错模型反演的影响。概况起来，论文主要包括以下几个方面的内容：
(Ⅰ)2008年Mw7.9汶川地震同震位错模型反演研究2008年5月12日，Mw7.9汶川特大地震发生于青藏高原东缘的龙门山断裂，由于其特殊的构造背景，这次地震引起了国内外地学界的广泛关注。汶川地震发生后，不同研究者用地震波形反演的方法计算了汶川地震的位错模型，但不同结果之间存在较大差异。本文以GPS观测的同震位移为约束，从大地测量学的角度，反演了汶川地震的静态同震位错模型。反演过程中，考虑了介质的分层结构和断层的铲状几何构型的影响。反演结果显示：在断层的南段(震中附近)，滑动以逆冲为主，最大滑移量约7.5 m，分布在映秀和虹口附近。断层中段，断层滑动转变为逆冲兼具右旋走滑性质，最大滑移量约10 m，发生位于北川附近的地表。至断层东北段，断层滑动转变为以右旋走滑为主，最大滑移量约5 m。反演得到的位错模型的矩震级约Mw7.93。反演的位错模型可以较好地解释观测数据，并且与其他研究者采用GPS和InSAR观测联合反演的位错模型和野外考察的结果都比较一致。
(Ⅱ)Mw9.0日本仙台地震及Mw7.9强余震静态位错模型反演研究利用地表GPS观测的2011年3月11日Mw9.0日本仙台地震同震形变和GPS/acoustic技术观测的海底震中附近的位移，本文反演了这次地震的主震位错分布。并根据震后8小时的GPS地表位移估计了期间断层的滑动情况。结果显示，主震的位错模型对应的矩震级约为9.0，最大同震位错量可达50 m，远大于仅采用地表GPS资料反演的结果(约23.3 m)，但两种方案得到的矩震级比较一致，都约为9.0。而由震后8小时的地表形变反演的结果显示，这一期间释放能量相当于一个Mw8.13的地震，位错主要分布在主震破裂的西南区域，最大位错量约1.5 m，破裂峰值区与Mw7.9强余震有明显的对应关系，暗示震后8小时的断层错动主要是由Mw7.9强余震引起的。
(Ⅲ)2001年Mw7.8昆仑地震短期震后形变研究作为横跨青藏高原的大型左旋走滑断裂之一，昆仑断裂一直是研究青藏高原动力学过程的重要窗口。本文以GPS观测的2001年Mw7.8昆仑地震在震后四个月内的形变为约束，深入研究了引起震后形变的可能机制，希望能对昆仑断裂的运动学性质及孕震区的动力学环境有进一步的认识。研究结果显示，断层的震后余滑是引起近场震后形变的主要机制，而下地壳和上地幔的粘弹性松弛则是远场震后位移的主要驱动源。同时考虑震后余滑和震后粘弹性松弛效应的综合模型可以更好地解释观测的震后位移。综合模型反映出震后四个月的最大断层余滑量约为0.4 m，且主要分布在同震破裂面的下方，而这一期间由断层余滑释放的地震矩可达同震过程所释放地震矩的40％，对应于一个Mw7.4的地震。考虑震后余滑影响的震后粘弹性松弛模型显示研究区域上地幔粘滞系数为1.0×1018 Pa s左右，而下地壳的粘滞系数可能大于1.0×1018Pa s，即“弱”的上地幔和“强”的下地壳。
(Ⅳ)介质的分层结构和横向差异对同震和震后形变场的影响采用有限元方法，本文系统分析了介质的分层结构和横向非均匀性对同震地表形变的影响，并探讨了介质结构对同震位错模型反演的影响。同时，本文还计算了流变结构的横向差异对震后粘弹性松弛效应的影响。结果显示，介质的分层结构对同震形变和位错模型的影响明显大于介质横向差异的影响。另外，还发现断层两侧下地壳和上地幔粘滞系数的差异对震后粘弹性松弛的影响十分显著。最后，计算了分层模型和横向非均匀模型对汶川地震同震和震后形变的影响，发现分层模型对汶川地震同震形变场的影响随距断层的距离增加而逐渐变大，介质横向差异对龙门山断裂东西两侧同震位移的相对影响分别约为10％～15％和5％，另外，断层两侧粘滞系数及地壳厚度的差异都对汶川地震的震后粘弹性松弛效应有显著影响。