地壳运动及形变所产生的运动过程及引起形变的具体原因是目前地球动力学研究的热点课题。近年来,空间大地测量技术的迅速发展和完善,为众多学者开展地壳运动及形变研究提供新途径,尤其在板块内部形变和板块之间相互运动等方面进展显著,但这些研究大多延续传统的地球物理方法,导致目前研究中缺乏系统性的约束。本文在考虑传统地壳运动刚体模型难以顾及板块内部形变的局限性基础上,针对目前已有的地壳运动模型在研究板块运动及形变的假设过强问题,提出两种基于数学方法精化后的弹塑性模型。根据地壳运动的客观物理机制,采用模型补偿思想,利用不同的数学方法对板块内部形变进行描述。依托中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)在环渤海区域的2009-2015年GPS观测资料,构建环渤海地区地壳运动及形变弹塑性运动模型,对环渤海地区各主要板块运动情况进行相关分析。具体研究内容包括:(1)对传统刚体地壳运动模型的研究原理进行详细阐述,分析该模型在研究地壳运动及形变过程中存在的局限性;论述了基于地球物理资料与空间大地测量观测资料建立地壳运动模型的理论与方法。挖掘利用空间大地测量观测资料研究地壳运动及形变存在的主要问题。(2)鉴于传统刚体地壳运动模型的不足,将板块内部偏离整体旋转的部分视为均匀应变和线性应变,从而构建两种弹性运动模型,分别为块体整体旋转与均匀应变模型(REHSM)以及块体的旋转与线性应变模型(RELSM)。依靠CMONOC观测资料,建立环渤海地区的弹塑性运动模型,解算环渤海地区各主要板块的欧拉运动参数和相关应变参数;定量计算三种模型的拟合速率残差值,对比分析这三种模型的拟合精度,探讨三种模型在环渤海地区地壳形变研究中的适用性,研究结果表明,两种弹塑性地壳运动模型在拟合速率残差上整体上无明显差异,但都优于传统的刚体运动模型。(3)REHSM顾及了板块内部形变,其假设板块内偏离整体运动趋势的部分属于均匀应变,因地质构造条件的复杂性和板块内部形变的随机性,很难准确地对板块内部形变进行定量描述。依据最小二乘配置理论,将板块内偏离整体运动趋势的部分视为信号,选取高斯指数函数,建立最小二乘配置法优化的整体旋转与均匀应变模型(LSCREHSM),利用优化后的模型与前两种弹塑性运动模型构建环渤海地区运动模型,求解三种模型在各主要板块的欧拉运动参数和拟合速率残差。结果表明,优化后的模型拟合精度更高,能够更加准确地描述环渤海地区的地壳运动状态。(4)REHSM、RELSM模型在模型构建时都存在很强的假设性,很难在地质构造复杂的区域得以适用。因此,提出半参数地壳弹塑性运动模型,采用半参数理论中的“非参数”对板块内偏离整体运动趋势的部分进行定量描述,建立半参数地壳弹塑性运动模型,并以中国大陆各主要板块GPS观测资料验证模型的正确性。最后进一步建立环渤海地区的弹塑性运动模型,并与基于最小二乘配置法优化的块体整体旋转与均匀应变模型进行综合对比分析,半探讨基于最小二乘配置法优化的均匀应变模型与半参数模型之间的一致性及其差异。结果表明,半参数弹塑性运动模型在拟合速率残差上明显优于前者。