地震的孕育过程是一个长期缓慢的过程，地震发生时断层破裂所释放的能量只是一部分，其中有很大一部分能量在地震前后以无震蠕滑的形式释放。因此，检测这些形变异常信息对于地震危险性评估至关重要。随着GNSS监测网络数据的持续积累，时空分辨率越来越高，就有可能从中挖掘出更有价值的形变信息。本文利用GNSS时空数据，从高精度数据处理、全球板块运动模型构建、多尺度速度场与应变场估计、地壳微动态形变异常检测和断层滑移时空反演等方面，研究了GNSS地壳形变异常检测理论与方法。主要研究内容与结果如下：

(1) 重建了GNSS测站速度估计模型：法方程重构模型、基线向量最小二乘模型、卡尔曼滤波模型和坐标时序模型。前3种模型将坐标、速度、年、半年周期项作为参数，在进行网平差的同时一并求解速度值。坐标时序模型引入白噪声和幂律噪声组合，分析了区域周期项振幅与相位空间分布的一致性。基于4种模型，估计了川滇陆态网GNSS测站速度。结果差异在1 mm/a内，精度在亚毫米级。从而验证了这些速度估计模型的一致性。

(2) 提出了基于统计假设检验和稳健估计的全球板块运动模型构建方法。利用ITRF2008VEL求取的全球板块欧拉参数与先前模型具有较好的一致性。建立了相对欧亚板块背景场的中国大陆速度场，分析了中国大陆现今地壳运动特征。

(3) 构建了GNSS多尺度速度场和应变场估计模型。利用负位错模拟数据作了大量试验，结果表明，不同尺度的应变场具有检测不同空间范围的地壳形变的能力。利用2009—2011年陆态网数据估计并分析了中国大陆3—8尺度的应变场及形变特征。

(4) 联合卡尔曼滤波和主成分时空分析，集时空滤波与形变检测于一体，构建了瞬态无震蠕滑时空检测模型，进一步提高了数据时空信噪比。利用滇西南陆态网GNSS数据，检测其时空分布特征与2011年缅甸Mw7.2级地震相对应。得出了滇西南区域的断层活动可能会受到缅甸地震带的影响。

(5) 提出了基于GNSS基线面应变和GNSS网形的震前形变异常检测方法。得出2013年芦山Ms7.0地震和日本近年来的4次地震在震前数月的时间内均有不同程度的异常偏离。尤其GNSS基线夹角、基线方位角和第一剪应变的异常变化更为突出。推断震前可能产生了强烈的左旋剪切构造应力变化，加速了芦山地震的孕育发生。

(6) 以地壳形变检测与断层滑移反演为一体，构建了GNSS主成分和卡尔曼滤波时空反演模型。通过模拟试验，得出了正确反演断层滑移时空分布所需要的最低信噪比和最优的台站分布密度。以2005年苏门答腊Mw8.7地震震后余滑和2006年墨西哥慢滑移为例，反演了断层蠕滑时空分布。