随着现代大地测量技术的不断发展,GPS和InSAR观测到地震导致的震后地壳形变,为研究地球内部构造和地震孕育机理等提供了数据支持。本文基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,通过消除震前趋势和区域构造特征的影响,提取了 2011年日本Mw9.0地震引起的震后位移时空变化。利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了 2011年日本Mw9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔粘滞性因子,更新了该强震震后余滑时空演化过程。本文基于子断层叠加的思想,将Tanaka等的粘弹球体位错理论配套计算程序加以改造,克服其近场计算精度不足(甚至错误)的缺陷,提高了近场震后位移的计算精度。本研究并对该软件进行推广,可计算震后任意时间点对应的震后形变。新软件由三部分组成:(1)与32个震后时间点相对应的32套离散格林函数数值框架;(2)格林函数插值计算程序,可针对上述32套格林函数数值框架进行插值运算,输出任意震后时间点对应的格林函数数值结果;(3)积分计算程序,调用上述格林函数数值结果,计算任意类型地震在地表任意位置产生的同震与震后形变。本文利用弹性球体位错理论配套计算程序和改造后的粘弹球体位错理论配套计算程序,分别计算日本Mw9.0地震产生的同震位移,两套结果的差异仅占信号的1%左右,验证了对粘弹性球体位错理论配套计算程序改造的正确性。本文分别利用插值程序和Tanaka本人给出的计算程序算出粘滞性系数为1× 1019 Pa·s时,震后4.5年四种独立震源在32 km处水平位移格林函数数值结果,两种独立算法得到的格林函数完全一致,该一致性表明了本研究对该软件推广的正确性。依据震后余滑衰减相对较快的特点,本文将3-4.5年内的震后位移视为完全由粘滞性松弛效应引起,利用粘弹性球体位错理论对震后3-4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本Mw9.0地震震源区地幔粘滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×1018 Pa·s和30 km;然后,利用拟合得到的地幔粘滞性系数和岩石圈弹性层厚度计算出0-3年内地幔粘滞性松弛效应在地表GPS中的贡献,从震后0-3年的GPS观测数据中剔除地幔粘滞性松弛效应,获取了震后余滑对应的震后位移场。最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本Mw 9.0地震震后余滑的时空演化过程。本研究通过震后4.5年形变数据,分析了两种机制产生的震后位移随时间的分布情况,结果表明,2011年日本Mw 9.0地震引起的震后余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,震后余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔粘滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过震后余滑的贡献。