岩石和一切固体一样，在外力作用下所发生的弹性形变虽然是多种多样的，但可以归结为两种最基本的形变，即体积形变 ( 简称体变) 和形状形变 ( 简称切变) 。为了讨论方便，假定在弹性形变区域中 ( 即远离震源，可以把岩石介质当作完全弹性体来研究的区域) ，取出岩石的一个小立方体单元来研究。所谓体变是指在外力 f 作用下，只使小立方体的体积发生变化，但形状保持不变。如图1 － 1a 所示。切变则是在外力 f 作用下，保持立方体的体积不变，只是改变它的形状，即改变了各边的夹角。如图 1 －1b 所示。
图 1 －1 物体形变示意图
在弹性限度内，外力既然能引起物体形变，为什么不能使物体无限制地形变下去呢?外力去掉以后，物体为什么又能恢复原状呢?
从图 1 －1 所示，体积形变 ( 膨胀或压缩) 与垂直作用于立方体各个面上的外力有关，而形状形变则是由平行于立方体各个面的外力所引起的。与这些外力作用的同时，在立方体内部将出现与加在单位面积上的外力相对立的等作用的力，称为应力。立方体由形变引起应力。在外力作用时，立方体的应力，对形变起对抗的作用，所以立方体不会无限地形变下去; 当外力去掉后，应力就使立方体立即恢复原状。实践证明，在一定范围内，应力与形变成正比。这个范围称为弹性限度。
在材料力学中已经讨论过，对于细长杆状物体，当外力P沿轴线作用于杆两端，使杆沿轴向拉伸或压缩时，与轴垂直的横截面上有正应力σ作用，而沿轴线方向单位长度的变形，即正应变为ε。当外力P变化时，便有不同的σ，随后有不同的应变ε与之对应。分别以σ和ε为坐标，画出曲线σ=f(ε)，如图1－2所示。由图1－2可知，当σ不超过σy时，ε与σ的关系为一直线，σy称为比例极限。当σ不超过σy'时，材料表现为弹性性质，即当外力去掉后能恢复原状。因此，σy'称为弹性极限。一般说来，σy与σy'相差不大，为了方便起见，就将比例极限当作弹性极限来处理。当外力引起的应力σ超过σy'时，例如达到σN，则当外力去掉后，物体不能恢复原状，而产生了残余变形OR，这时物体表现出塑性性质。
图1－2 细长杆受力变形示意图
图1－2中的曲线方程式为
环境与工程地球物理勘探
当σ不超过σy时，f(ε)是线性的，式(1－1)变为
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式中:E为比例系数，称为弹性模量或杨氏模量。
当杆沿纵向拉伸时，产生轴向应变 。与此同时，横向却发生压缩，产生横向应变为 ，二者之比值为ν，表达式如下:
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式中:ν称为泊松系数或泊松比。它表示纵向应变为一单位时的横向应变。对于大多数岩石来说，ν约在0.25左右。
E与ν只与物体的性质有关，而与其形状无关。它们表征了物体的弹性性质，是物体的弹性常数。式(1－3)是虎克定律在这种简单情况下的表达式。
杨氏弹性模量的定义为:当圆的或多角形的柱体试件在其端面受到均匀分布的应力，而侧面为自由状态时，E就是所加应力与相对伸长之比。这时有
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式中:λ为拉梅系数;μ为剪切模量。
泊松比ν的定义是横向缩短与纵向伸长之比，即 ，可得
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压缩模量K的定义是当固体受均匀的流体静压力P作用时，所加压力与体积的相对改变之比，即 可得
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剪切模量(即刚度)μ等于剪应力与剪应变之比。
总之，拉梅系数λ、剪切模量μ及常用的四个弹性常数E、ν、K及ρ中，若已知两个，则其余的就已确定。表1－1为几种常见介质的弹性模量及物理参数。
表1－1 几种常见介质的弹性模量及物理参数