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地質学において、断層とは、岩塊の移動の結果として大きな変位が生じた岩石の体積内の平面状の亀裂または不連続面のことである。地球の地殻内の大きな断層はプレートテクトニクスの力によって生じ、最大のものは沈み込み帯の巨大逆断層やトランスフォーム断層のようにプレート間の境界を形成する。[ 1 ]活断層での急速な動きに伴うエネルギー放出が、ほとんどの地震の原因である。断層は、非地震性クリープによってゆっくりと変位することもある。[ 2 ]
断層面とは、断層の破断面を表す面のことです。断層痕跡または断層線とは、断層が地表上で見たり地図に示されたりする場所のことです。断層痕跡は、断層を表すために地質図によく描かれる線でもあります。 [ 3 ] [ 4 ]
断層帯とは、平行な断層の集まりのことである。[ 5 ] [ 6 ]しかし、この用語は、単一の断層に沿った破砕岩のゾーンにも使用される。[ 7 ]間隔の狭い断層に沿った長期にわたる運動は、断層間の岩石が断層境界の岩石レンズに変化し、徐々に破砕されるため、その区別を曖昧にする可能性がある。[ 8 ]
摩擦と構成岩石の剛性のため、断層の両側は常に容易に滑り合うことができず、そのため時折、すべての動きが停止します。断層面に沿って摩擦が大きくなり、固着する領域はアスペリティと呼ばれます。断層が固着すると応力が蓄積され、強度閾値を超えるレベルに達すると、断層が破壊され、蓄積されたひずみエネルギーの一部が地震波として解放され、地震が発生します。[ 2 ]
岩石の液状状態に応じて、ひずみは累積的に、または瞬間的に発生します。延性のある下部地殻とマントルはせん断によって徐々に変形を蓄積しますが、脆性の上部地殻は破壊（瞬間的な応力解放）によって反応し、断層に沿った動きが生じます。[ 9 ]延性のある岩石の断層は、ひずみ速度が大きすぎると瞬間的に解放されることもあります。
滑りとは、断層面の両側に存在する地質構造の相対的な動きであり、通常は分離または変位（ベクトル量）で定量化されます。断層の滑りの方向は、断層の両側の岩石が反対側に対して相対的に動くこととして定義されます。[ 10 ]垂直成分と水平成分を測定する場合、断層の「投げ上げ」は垂直方向の変位であり、断層の「隆起」は分離の水平成分です。 [ 11 ]
滑りベクトルは、断層の両側に見られる地層の引きずり褶曲を調べることで定性的に評価できます。[ 12 ]引きずり褶曲は、断層付近の褶曲帯で、断層上の動きに対する摩擦抵抗によって生じると考えられます。[ 13 ]隆起と変位の方向と大きさは、断層の両側の共通交点（貫通点と呼ばれる）を見つけることによってのみ測定できます。実際には、通常は断層の滑り方向と隆起と変位ベクトルの近似値を見つけることしかできません。
非垂直断層の両側は、上盤と下盤として知られています。上盤は断層面の上にあり、下盤はその下にあります。[ 14 ]この用語は鉱業に由来します。板状の鉱体を扱うとき、鉱夫は足元に下盤、上盤が上にある状態で立っていました。[ 15 ]これらの用語は、逆断層と正断層という異なる傾斜すべり断層の種類を区別するために重要です。逆断層では上盤が上方に変位し、正断層では上盤が下方に変位します。これら 2 つの断層の種類を区別することは、断層運動の応力体制を決定するために重要です。
上盤の問題は、例えばフルード鉱山のように、深刻な応力や岩盤崩壊を引き起こす可能性がある。[ 16 ]
断層は主に、断層面が地表となす角度（傾斜角）と、断層面に沿った滑りの方向によって分類されます。[ 17 ] 滑りの方向に基づいて、断層は次のように分類できます。
横ずれ断層（レンチ断層、ティア断層、またはトランスカレント断層とも呼ばれる）では、 [ 18 ]断層面（平面）は通常ほぼ垂直で、下盤は垂直方向の動きが非常に少ないまま左右どちらかに横方向に移動する。左横ずれ運動を伴う横ずれ断層は左横ずれ断層、右横ずれ運動を伴う横ずれ断層は右横ずれ断層とも呼ばれる。[ 19 ]それぞれは、断層の反対側にいる観測者から見た地盤の移動方向によって定義される。
横ずれ断層の一種で、プレート境界を形成するトランスフォーム断層と呼ばれるものがあります。この断層は、中央海嶺などの拡大中心におけるオフセット、あるいは、中東の死海トランスフォーム断層やニュージーランドのアルプス断層のように、大陸リソスフェア内部におけるオフセットに関連しています。トランスフォーム断層は、リソスフェアが生成も破壊もされないため、「保存的」プレート境界とも呼ばれます。
傾斜断層は、正断層（「伸張性」）または逆断層のいずれかである。「正断層」と「逆断層」という用語は、正断層が最も一般的であるイギリスの炭鉱に由来する。 [ 20 ]
時間の経過とともに、地域的な引張応力と圧縮応力の逆転（またはその逆）が生じ、断層が再活性化し、その相対的なブロック移動方向が元の動きとは逆方向に反転する（断層反転）ことがある。このようにして、正断層が逆断層に、またその逆も起こり得る。
正断層では、上盤が下盤に対して下方に移動する。ほとんどの正断層の傾斜角は少なくとも60度であるが、45度未満の傾斜角を持つ正断層もある。[ 21 ]
互いに傾斜する2つの正断層の間にある、沈降した地塊を地溝（グラベン）と呼ぶ。2つの地溝、つまり互いに離れる方向に傾斜する2つの正断層の間に挟まれた地塊を地塁（ホルスト）と呼ぶ。地表に地溝と地塁が連続して形成されることで、特徴的な盆地と山脈の地形が形成される。
リズトリック断層は、正断層の一種で、地表付近の上部が急勾配で、深さが増すにつれて水平に近づく、上向きに凹状の形状をしています。正断層は、断層面が地中に向かって湾曲することでリズトリック断層へと変化することがあります。また、上盤が存在しない場所（崖など）でも、下盤が崩落して複数のリズトリック断層が形成されることがあります。
リズトリック断層の断層面はさらに平坦化し、水平またはほぼ水平な面へと進化することがあり、その場合、滑りはデコルマンに沿って水平方向に進行する。伸張性のデコルマンは巨大に成長し、地域的な構造的意義を持つ低角正断層であるデタッチメント断層を形成することがある。
断層面の湾曲により、リズトリック断層における水平方向の伸張変位は、滑り運動が発生すると、断層の上盤と下盤の間に幾何学的な「隙間」を形成する。この幾何学的な隙間に収まるために、上盤はそのレオロジーに応じて、折り畳まれて隙間に滑り込み、ロールオーバー褶曲を生じさせるか、あるいは隙間を埋めるさらなる断層やブロックに分裂する可能性がある。断層が形成されると、インブリケーションファンやドミノ断層が形成される可能性がある。
逆断層は正断層とは逆の断層で、上盤が下盤に対して上方に移動する。 逆断層は地殻の圧縮短縮を示している。
衝上断層は逆断層と同じ運動方向を持つが、断層面の傾斜は45°未満である。[ 22 ] [ 23 ]衝上断層は一般的にランプ、フラット、断層屈曲（上盤と下盤）褶曲を形成する。
比較的弱い層理面に沿って衝上断層が形成された上盤または下盤の部分はフラットと呼ばれ、衝上断層が地層シーケンスを上方に切断した部分はランプと呼ばれます。[ 24 ]通常、衝上断層はフラットを形成し、ランプでセクションを登りながら地層内を移動します。その結果、断層屈曲褶曲図に示すように、上盤フラット（またはその一部）が下盤ランプの上に位置します。
衝上断層は、大規模な衝上断層帯においてナップやクリッペンを形成する。沈み込み帯は、地球上で最大の断層を形成し、最大規模の地震を引き起こす、特殊な種類の衝上断層である。
傾斜方向のすべり成分と横ずれ方向のすべり成分の両方を持つ断層は、斜めすべり断層と呼ばれます。ほぼすべての断層は、傾斜方向のすべり成分と横ずれ方向のすべり成分の両方を何らかの形で含んでいます。したがって、断層を斜め断層と定義するには、傾斜方向と横ずれ方向の両方の成分が測定可能で、かつ有意である必要があります。斜め断層の中には、伸張横ずれおよび圧縮横ずれの領域で発生するものもあれば、変形中に伸張または短縮の方向が変化するものの、先に形成された断層が活動を続ける場所で発生するものもあります。
傾斜角は、断層面と、断層に平行な垂直面との間の角度として定義されます。
環状断層（カルデラ断層とも呼ばれる）は、崩壊した火山カルデラ[ 25 ]や、チェサピーク湾衝突クレーターのような隕石衝突地点で発生する断層である。環状断層は、一連の重なり合った正断層によって形成され、円形の輪郭を形成する。環状断層によって生じた亀裂は、環状岩脈によって埋められることがある。[ 25 ]
同軸断層と逆軸断層は、主要断層に伴う小規模な断層を表す用語である。同軸断層は主要断層と同じ方向に傾斜し、逆軸断層は反対方向に傾斜する。これらの断層には、ロールオーバー背斜（例えば、ナイジェリアのニジェールデルタ構造様式）が伴うことがある。
すべての断層は測定可能な厚さを持ち、断層運動が発生した地殻のレベル、断層の影響を受けた岩石の種類、および鉱化流体の存在と性質に特徴的な変形岩石で構成されています。断層岩は、その組織と推定される変形メカニズムによって分類されます。リソスフェアの異なるレベルを通過する断層は、その表面に沿って多くの異なるタイプの断層岩を発達させます。継続的な傾斜すべり変位は、さまざまな程度の重なり合いを伴う、異なる地殻レベルに特徴的な断層岩を並置する傾向があります。この効果は、デタッチメント断層と主要な衝上断層の場合に特に顕著です。
断層岩の主な種類は以下のとおりです。
地盤工学において、断層はしばしば不連続面を形成し、例えばトンネル、基礎、斜面構造物などの土塊や岩盤の力学的挙動（強度、変形など）に大きな影響を与える可能性がある。
断層の活動レベルは、（1）建物、タンク、パイプラインの位置特定、および（2）近隣のインフラや人々に対する地震の揺れや津波の危険性の評価にとって重要となる可能性がある。たとえば、カリフォルニア州では、地球の地質史の完新世（過去11,700年間）に活動した断層上またはその近傍での新規建築が禁止されている。[ 28 ]また、完新世と更新世（過去260万年間）に活動を示した断層は、特に発電所、ダム、病院、学校などの重要な構造物に関して検討される可能性がある。地質学者は、浅い掘削で見られる土壌の特徴や航空写真で見られる地形を研究することによって断層の年代を評価する。地下の手がかりには、古い土壌の場合はせん断と炭酸塩団塊、侵食された粘土、酸化鉄鉱化との関係、若い土壌の場合はそのような兆候の欠如などがある。断層帯の近傍または上に埋没した有機物の放射性炭素年代測定は、活断層と非活断層を区別する上でしばしば極めて重要となる。こうした関係性から、古地震学者は過去数百年にわたる地震の規模を推定し、将来の断層活動の概略的な予測を立てることができる。
多くの鉱床は断層上または断層に関連して存在します。これは、断層帯に関連する破砕岩がマグマの上昇[ 29 ]や鉱物を含む流体の循環を可能にするためです。ほぼ垂直な断層の交差部は、しばしば重要な鉱床の場所となります[ 30 ] 。
貴重な斑岩銅鉱床を擁する断層の一例として、チリ北部のドメイコ断層があり、チュキカマタ、コラワシ、エル・アブラ、エル・サルバドル、ラ・エスコンディダ、ポトレリロスに鉱床が存在する。[ 31 ]チリのさらに南では、ロス・ブロンセスとエル・テニエンテの斑岩銅鉱床がそれぞれ2つの断層系の交点に位置している。[ 30 ]
断層は必ずしも地表への導管として機能するとは限らない。深部の「方向がずれた」断層は、斑岩銅鉱床を形成するマグマが停滞し、適切な時期と種類の火成分化が起こるゾーンである可能性があると提唱されている。[ 32 ]ある時点で、分化したマグマは断層トラップから激しく噴出し、斑岩銅鉱床が形成される地殻の浅い場所に向かう。[ 32 ]
断層は脆弱な領域であるため、周囲の岩石と水の相互作用を促進し、化学的風化を強めます。化学的風化が強まると風化帯のサイズが大きくなり、地下水のための空間が増えます。[ 33 ]断層帯は帯水層として機能し、地下水の移動も助けます。
