地应力应变是对地应力的响应。地应力和地应变遵循地壳介质的本构关系。地壳介质在地震、爆破等短时间作用力和地幔对流等长时间作用力下分别表现出弹性和流变性，在不同时间和空间尺度上地应力地应变有不同的特点，反映不同的地球动力学过程。

地球具有分层结构、横向不均匀特性和复杂地貌，是个相当复杂的力学系统。地球在地幔对流、板块运动、日月潮汐力、地震活动以及地表各类负荷等作用下发生变形，伴随地应变。特别是地壳内的应变场，有着全球统一的背景特征、局域和区域的分区性质、也有明显的局部特性。地应变的观测在研究板块构造运动、了解地震孕育发生背景、探测地球结构、指导工程建设等等方面具有重要的科学意义。

地球作为一个黏弹体，在各种物理因素的作用下一定会产生变形，表现为地应变变化。这些变形因为物理因素的不同表现为不同的时空特征。由于地壳物质组成、构造环境、温压条件、地表负荷、日月引力等的空间差异性，不同位置的地壳处于不同的地应力场中，表现出差异性的应变分布。地幔对流、洋脊扩张、板块的漂移和俯冲、造山运动等构造活动控制着地壳的宏观地应变背景，全球6大板块处于不同的构造运动和地应力环境中，表现为不同的相对运动特征和大尺度地应变空间分布。板块边界的地壳运动更为活跃，地应力水平高，地应变量值大，发育着主要的断裂带，孕育大多数地震和火山活动。断裂带处的断层运动和地震活动主导区域性的地应变，陆地水与冰雪以及历史冰川的负荷效应也对区域地应变产生重要影响，日、月等天体的引潮力迫使地壳发生周期性的应变扰动，水库蓄水、隧道开凿等人类工程也影响着更小范围的地应变水平。这些效应的综合作用使得地壳变形，即地应变呈现复杂的时空特征。

产生地应变的最主要原因是全球板块构造运动。全球构造运动在地质时间尺度上引起地壳乃至岩石圈的变形、洋底的增生消亡、地震活动、岩浆活动和变质作用等。在地应力上表现为板块增生处发生强烈的拉张作用，如大洋中脊发育大量的张性断裂，伴随大量的地震活动和岩浆喷发；而在板块俯冲、碰撞带发生强烈的压缩，积累大量的应变能，又以造山运动或者地震活动等方式释放。重力位能和地热是幕后的根本能量源，驱动着地幔对流和板块运动；地幔对流在岩石圈底部的施加拖曳力，加上有着横向密度和纵向厚度差异的岩石圈本身的自重效应，是产生全球构造应力场的主要力源。

大陆和大洋中的断裂活动是区域性地应变分布状态的主要原因。在全球地应力场的作用下断层系统通过缓慢滑动和地震活动来积累和释放弹性岩石圈的应变能。在地震孕育发生的整个周期中均伴随地应变的改变。孕震期积累弹性应变能，应力向震源区集中；待应变能积累到一定强度时断层发生快速破裂和滑动，伴随介质的弹性变形和物质迁移，应力场发生阶跃性的改变，产生同震位移、重力、大地水准面等地球物理场的变化。断层上的低频慢滑，如静地震、慢地震、断层蠕动等，也对地应变有缓慢的调整作用，低频的缓慢运动在积累和释放应变能占有不可忽视的作用。此外，由于地球的黏弹性，断层运动后应变的黏滞松弛效应一直存在，应变随时间缓慢调整直至趋于平稳。断层的快速滑动、破裂和缓慢滑动一起组成了完整的断层运动模式，它们同受断层的摩擦定理控制，决定了区域性地应变的主要特征。

地球表面各种负荷产生区域或局部地应变变化。例如，在日、月天体引力作用下产生的周期性海洋潮汐，冰川消融或增长，降雨和降雪载荷，地表和地下水的迁移，大气压力变化等等，这些物理现象都等价于地表面质量体加载，产生负荷效应，使得地应变发生变化。这些质量加载的空间尺度不同，所产生的地应变场变化可由局部分布直到几百千米甚至几千千米的大尺度空间分布。

海洋潮汐负荷对海洋地壳和近海岸线地区的地应力场有显著影响。根据海洋验潮站、海底压力计和海洋测高卫星等的长期观测，已经有越来越精细的全球或区域海潮模型被提出，可以用来计算海潮负荷对位移、应变和重力等地球物理观测量的影响。

地表的冰雪、水体以及大气加载等负荷也产生局部或区域性地应变的变化。这些负荷效应对地表GPS、VLBI（Very Long Baseline Interferometry）、应变和高精度重力测量等造成周期性或长趋势的扰动。基于平面分层半空间模型和球状分层模型的负荷理论可以计算这些负荷对观测点的位移、应变、重力等的影响。

地球在日月等外天体的引潮力作用下，固体部分发生周期性变形，产生地应变的潮汐变化现象，同时有着显著的空间差异性。固体潮汐效应导致地表的径向位移可达40～50厘米、导致的重力变化可达10毫伽，周期性地应力的振幅最大约四千帕。

能产生地应变的原因还有很多。地球上曾经历的多次冰期和暖期气候交替所导致的冰川加卸载会使地球产生长趋势的冰后反弹；大地震，特别是大陆架附近的超大俯冲地震造成海样水体迁移和重分布；差异性的热流分布导致地热应力应变，如洋脊附近岩浆活动和地幔传热伴随的热应力是比35个百万年年轻的海洋岩石圈构造应力的主要部分；地表周期性的温度变化会因岩石的热膨胀而影响到浅层地壳的地应变变化；开凿隧道、大坝蓄水等人类工程也会对上百米甚至几千米尺度地应变产生区域性的显著调整。

地应变是将连续固体介质中应变的概念直接应用在地学上。应变是位移的梯度，在数学上是2阶张量。

介质中某点O点在应力作用下相对于未受力时的某个位置发生位移，则O点附近介质的变形可以通过的空间梯度来反映。地球介质一般情况下的变形都是相对很小的。在小变形假定下，O点的应变张量为，，由于本身的对称性，一共有6个独立分量，“”为梯度运算符，“T”为转置符号。

介质的变形由其受到的应力决定，地应力和地应变通过地壳介质的本构关系相联系。在受到小规模、瞬间力作用下，地壳介质可用完全线弹性介质来近似，应力应变关系可以用广义胡克定律表示为（此处使用了爱因斯坦求和约定，下同），为介质的弹性模量，与弹性体的形状、尺寸等无关。据对称性，加上弹性变形的绝热假定，一般的线弹性介质需要21个独立的弹性模量来描述其力学性质。在大空间尺度上，地球介质可以进一步用各向同性介质来近似，21个弹性模量可以简化为2个独立的拉梅参数，本构方程简化为，其中为克罗内克符号。

地球介质在长时间尺度以上，表现出黏弹性，常用麦克斯韦尔体来描述其滞弹的力学特性。不考虑地球预应力并假定其为各向同性时，其应力和应变关系为：，符号上的“”表示对时间求导，为介质的黏度。

地应力与地应变的测量方法有很多种，如定点测量、区域测量等。定点应力测量主要有①水压致裂法、钻孔崩落法等基于钻孔岩石破裂的测量方法；②应力恢复法、应力解除法、非弹性变形恢复法等基于岩芯变形的测量方法。定点应变测量多使用机械伸缩和激光干涉应变计、钻孔应变仪等在洞室、断层带附近、地下钻孔内进行测量。

区域性应力的获取主要是综合定点应力测量结果，并结合震源机制解和活断层滑动速率等地球物理学、地质学的资料以及数值模拟得到。区域性的应变测量主要包括GPS和分布式光纤测量等，前者通过成熟的高精度空间定位技术探测地面各个站点的位置变化计算得到，后者通过新兴的分布组网的光纤探测器获取百米甚至千米尺度区域的地应变。

测量方法的细节，请参考“地应力测量”和“地应变测量”词条。

地应力和地应变资料在地球科学、环境资源的勘测管理等方面都有着广泛的应用。

科学家们在日本和北美大陆西部板块边缘地区上布设着大量地应变仪，由于其观测的可靠性和较宽的频带，它们在研究震颤和慢地震、同震应力触发、地球自由震荡等科学问题中得到成功应用。

日本学者Kosuhe Heki（Heki，2003）通过研究日本国土上雪负荷和地震活动性发现，雪负荷产生的附加应力场会增强断层上的挤压应力，影响断层上应力的积累，导致地震活动性增强。

中国也十分重视地应变和地应力在地球科学中的应用，组建的应变仪观测网可以捕捉到震前异常、同震变形、自由震荡等信号，在研究地震孕震机理、地震预报等领域起到了积极作用。

地应力和地应变还在监测火山活动和大坝微量变形以及研究水库触发地震等方面发挥重要作用。

地应变是位移场的空间导数，地应变测量仪比GPS、InSAR等位移类地表观测仪器更加敏感，具有从几赫兹到几年的宽频带特性，能反映各种地球物理过程。地表应变场的观测，对校准全球参考框架、了解地球内部物性结构、研究各类地球动力学过程来说是重要的基础资料。地应力和地应变的观测和研究可以加深对全球板块构造和岩石圈变形机理的理解、明晰地震的孕育发生过程、分析地震火山灾害的危险性、指导油气开采和地下工程建设等。随着观测技术的日益提高，地应力与地应变的应用潜力日渐凸显，在地学研究中已经和GPS、地震仪器等占有同等重要的地位，而且其在探测慢滑动、蠕动、震颤等问题上也有着其他测量仪器无法替代的作用。因此观测和研究地应力与地应变在地球科学中具有重要的科学意义。