地球自转变化主要由于地球外部天体的相对运动作用以及地球内部物质的重新调整所产生的结果，地震作为地球内部的一种物理活动，同样会激发地球自转变化，主要表现为自转轴的漂移以及自转速率的变化。早期研究同震自转变化的激发理论存在模型简单和计算精度低等问题，不适于现代大地测量学和地球动力学的发展，有必要发展新的理论和计算方法。另一方面，地震产生地球体积的变化是一个重要的但完全未知的问题，亟需研究和回答。因此，本文利用球形地球位错理论研究地震引起的地球自转及体积变化问题，主要包括地震参数对同震自转变化影响的模拟研究、同震自转及低阶重力场变化的新理论模型、同震地球体积变化的新理论等三部分:　　(1)利用早期同震地球自转变化的解析式，研究地震位置和震源参数对同震自转变化的影响特征。为此，我们推导了极移与地震位置参数的关系式，结果表明极移变化与震源的经度位置无关。进一步，假设已知地震矩或并通过给定不同的断层模型，计算了不同地震参数对地球自转及日长变化的影响特性。数值模拟结果表明:在其它地震参数不变的情况下，随着纬度的增加，地震对地球自转变化的影响逐渐减小;地震产生的自转变化呈现关于45°倾角的对称性，且极值出现在两极和赤道位置上。这些结论表明，中等倾角和低纬度的地震对地球自转变化产生更大的变化。作为应用，对2011年日本Tohoku-Oki地震(Mw9.0)采用了两种不同断层模型计算其产生的极移激发和日长变化，并且同前人结果进行对比。结果表明断层几何模型对同震自转变化具有重要影响。本研究还尝试利用GRACE数据提取地球自转变化的同震信号，但是数值结果表明，由于受到多种因素以及噪声的影响，真实信号比误差小，目前尚难被GRACE观测到;但是，在有利条件下GRACE有可能检测出大地震的同震自转变化信号。　　(2)基于球形地球模型的位错理论，我们推导出了新的计算地球自转变化（极移激发和日长变化)与低阶重力场变化的公式。利用新的计算方法，针对1960年Chile地震(Mw9.5)、1964年Alaska地震(Mw9.2)、2004年Sumatra地震(Mw9.3)和2011年Tohoku-Oki地震(Mw9.0)进行了实例研究，并且同早期位错方法与简正模方法的计算结果进行比较，结果的一致性验证了计算公式的正确性。采用2011年Tohoku-Oki地震(Mw9.0)的不同断层模型进行计算，发现同震的自转变化结果依赖于地震震级以及震源参数的选取，点源的结果和有限断层的结果会存在比较大的差异。在计算中，我们考虑了地震引起的海水扰动对自转变化的影响，结果发现其作为同震地球自转变化的高阶信号，可以被忽略。通过对SLR数据的最小二乘拟合，发现由于其它物理信号的干扰，以及同震的自转变化信号量级较小，我们很难从SLR时间序列中分离出同震自转变化信息。　　(3)利用球形地球模型的位错理论推导了同震地球体积变化的解析计算式，同时给出了剪切源、引张源和膨胀源引起的体积变化一般解。通过对2004年Sumatra地震(Mw9.3)、2010年Chile地震(Mw8.8)、2011年Tohoku-Oki地震(Mw9.0)和2013年Okhotsk Sea地震(Mw8.3)的实例计算以及理论分析发现，发生在逆断层上的地震造成地球体积的增加，而发生在正断层上的地震造成地球体积的缩减。通过对比2011年Tohoku-Oki地震(Mw9.0)两种不同断层模型计算得到的结果发现，同震地球体积的变化依赖于地震发生的深度以及真实的滑动分布。通过计算1976年至2014年地震(Mw≥4.0)产生的累积体积变化，地震引起的地球膨胀率约为0.02 mm/yr，且南北半球的膨胀速率存在显著的非一致性。