断層（地質学）

地質学では、断層とは岩盤の運動により大きな変位が生じた岩盤内の平面的な亀裂または不連続性のことである。地球の地殻内の大きな断層はプレートテクトニクスの作用によって生じ、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などのプレート間の境界を形成する。^[1]活断層の急激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りゆっくりと変位することもある。^[2]

断層面は断層の破面を表す面です。断層痕跡または断層線は断層が地表で確認またはマッピングできる場所です。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]}

断層帯は、平行に走る断層の集まりです。^{[5] [6]}ただし、この用語は、単一の断層に沿った岩石の破砕帯を指す場合にも使用されます。^[7]間隔の狭い断層に沿った長期的な動きは、断層間の岩石が断層に囲まれた岩石レンズに変換され、その後徐々に破砕されるため、区別が曖昧になる可能性があります。^[8]

摩擦と構成岩石の硬さにより、断層の両側は常に容易に滑ったり流れたりできるとは限らず、そのため時々すべての動きが止まることがあります。断層面に沿った摩擦が高く、断層が固まる領域はアスペリティと呼ばれます。断層が固まると応力が蓄積し、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放出され、地震が発生します。^[2]

ひずみは、岩石の液体状態に応じて蓄積的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、脆い上部地殻は破壊によって反応し、瞬間的な応力解放によって断層に沿った動きを引き起こします。^[9]延性岩石の断層は、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。

滑りは、断層面の両側にある地質学的特徴の相対的な動きとして定義されます。断層の滑りの方向は、断層の両側にある岩石の、反対側に対する相対的な動きとして定義されます。^[10]水平または垂直の分離を測定する場合、断層の投げ上げは分離の垂直成分であり、断層の浮き上がりは「投げ上げて、投げ出す」というように水平成分です。^[11] 滑りのベクトルは、断層の両側に見え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、断層に近い褶曲領域で、断層上の動きに対する摩擦抵抗から生じる可能性があります。^[13]浮き上がりと投げ上げの方向と大きさは、断層の両側の共通の交差点（ピアシングポイントと呼ばれる）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、断層の滑り方向と、浮き上がりと投げ上げの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、下盤は下にあります。^{[14]この用語は鉱山から来ています。平板状の}鉱体を採掘する際、鉱夫は足の下に下盤、上に上盤が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ずれ断層タイプを区別するために重要です。逆断層では上盤が上方向に変位しますが、正断層では上盤が下方向に変位します。これら2つの断層タイプを区別することは、断層運動の応力状態を決定するために重要です。

断層は主に、断層面が地球の表面となす角度（傾斜）と、断層面に沿った滑りの方向によって分類されます。^[16] 滑りの方向に基づいて、断層は次のように分類できます。

• 横ずれ断層の場合、ずれは主に水平方向で、断層のトレースに平行です。
• 傾斜ずれ、ずれは主に垂直および/または断層トレースに垂直である、または
• 横ずれと縦ずれを組み合わせた斜ずれ。

横ずれ断層（レンチ断層、ティア断層、横ずれ断層とも呼ばれる）^[17]では、断層面（平面）は通常垂直に近く、下盤は垂直方向の動きがほとんどなく左または右に横ずれする。左横ずれ断層は左断層、右横ずれ断層は右断層とも呼ばれる。^[18]それぞれは、断層の反対側にいる観測者から見た地面の動きの方向によって定義される。

横ずれ断層の特別なクラスは、プレート境界を形成するトランスフォーム断層です。このクラスは、中央海嶺などの拡大中心のずれ、またはそれほど一般的ではありませんが、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パイン断層などの大陸リソスフェア内のずれに関係しています。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、「保守的な」プレート境界とも呼ばれます。

縦ずれ断層は正断層（「伸張断層」）と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。 ^[19]

時間が経つと、引張応力と圧縮 応力（またはその逆）の地域的な逆転が起こり、断層が再活性化して、断層の相対的なブロックの動きが元の動きと反対方向に反転することがあります（断層反転）。このようにして、正断層が逆断層になったり、その逆になったりすることがあります。

正断層では、上盤は下盤に対して下方向に移動する。ほとんどの正断層の傾斜は少なくとも60度であるが、一部の正断層の傾斜は45度未満である。^[20]

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  正断層図
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  左上から右下への変位運動を伴う正断層。ペルー、モロ・ソラール、ラ・エラドゥーラ層。

互いに近づく 2 つの正断層の間にある、下向きに傾いたブロックをグラーベンといいます。2 つのグラーベン、つまり互いに離れる 2 つの正断層の間にあるブロックをホルストといいます。地表のグラーベンとホルストの連続により、特徴的な盆地と山脈の地形が形成されます。

正断層はリストリック断層に進化する可能性があり、その場合、断層面の傾斜は地表近くでは急峻で、深度が増すにつれて浅くなり、断層面は地球に向かって湾曲します。また、上盤が存在しない場所（崖など）でも形成され、下盤が陥没して複数のリストリック断層が形成されることがあります。

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  リストリック断層の図。
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  崖の壁にあるリストリック断層。

リストリック断層の断層面はさらに平坦化して、水平またはほぼ水平の平面に進化し、デコルマに沿って水平方向に滑りが進行します。伸張性デコルマは大きな寸法に成長し、デタッチメント断層を形成することがあります。デタッチメント断層は、地域的な地殻構造上重要な低角度の正断層です。

断層面の湾曲により、リストリック断層の水平方向の伸張変位は、滑り運動が発生したときに断層の上盤と下盤の間に幾何学的な「隙間」が生じることを意味します。幾何学的な隙間に適応するために、そのレオロジーに応じて、上盤は折り畳まれ、隙間に向かって下方に滑り落ち、ロールオーバー褶曲を生成したり、隙間を埋めるさらなる断層やブロックに分裂したりする可能性があります。断層が形成されると、重なり合った扇状断層またはドミノ断層が形成される可能性があります。

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  リストリック断層（赤線）と、その結果生じるロールオーバーフォールド
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  重なり合う扇形がどのように形成されるかを示す図

逆断層は正断層の反対で、上盤が下盤に対して上方に移動します。
逆断層は、地殻の圧縮短縮を示します。

逆断層は逆断層と同じ動き方をするが、断層面の傾斜は45度未満である。^{[21] [22]}逆断層は典型的には斜面、平地、断層屈曲部（上盤と下盤）の褶曲を形成する。

比較的弱い地層面に沿って逆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、逆断層が地層シーケンスを上向きに切り込んだ部分はランプと呼ばれます。 [ ^23]通常、逆断層はフラットを形成し、ランプのあるセクションを登ることで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。

逆断層は、大規模な逆断層帯にナップとクリッペンを形成します。沈み込み帯は、地球上で最大の断層を形成し、最大の地震を引き起こす特別な種類の逆断層です。

傾斜ずれの要素と横ずれの要素を持つ断層は、斜ずれ断層と呼ばれます。ほぼすべての断層は、傾斜ずれと横ずれの両方の要素を持っています。したがって、断層を斜ずれと定義するには、傾斜と横ずれの両方の要素が測定可能で有意である必要があります。斜ずれ断層には、トランステンションおよびトランスプレッション領域内で発生するものもあれば、変形中に伸長または短縮の方向が変化するものの、以前に形成された断層が活動したままの場所で発生するものもあります。

傾斜角は傾斜角の補角として定義され、断層面と断層に平行に走る垂直面との間の角度です。

環状断層はカルデラ断層とも呼ばれ、火山カルデラの崩壊部^[24]やチェサピーク湾衝突クレーターなどの火球衝突地点に発生する断層である。環状断層は一連の正断層が重なり合って円形の輪郭を形成する結果生じる。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。^[24]

合成断層と対生断層は、大断層に関連する小断層を説明するために使用される用語です。合成断層は大断層と同じ方向に傾斜し、対生断層は反対方向に傾斜します。これらの断層には、ロールオーバー背斜(例:ニジェール デルタ構造様式) が伴う場合があります。

すべての断層は測定可能な厚さを持ち、断層が発生した地殻のレベル、断層の影響を受ける岩石の種類、および鉱化流体の存在と性質に特徴的な変形した岩石で構成されています。断層岩は、その組織と変形の暗黙の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では、その表面に沿って多くの異なるタイプの断層岩が発達します。継続的な縦ずれ変位により、異なる地殻レベルに特徴的な断層岩が並置され、さまざまな程度の重複が発生します。この効果は、分離断層と主要な逆断層の場合に特に顕著です。

断層岩の主な種類は次のとおりです。

• カタクレーサイト– 平面構造が発達していないか発達していない凝集性の断層岩、または同様の組成のより細かい粒子の基質の中に一般に角張った岩片や岩片があることを特徴とする非凝集性の断層岩。
  • 構造性角礫岩または断層角礫岩- 目に見える破片が 30% 以上含まれる中粒から粗粒のカタクレーサイト。
  • 断層ガウジ- 粘土質で細粒から超細粒の非凝集性カタクレーサイト。平面構造を持ち、目に見える破片が30%未満含まれる。岩石クラストが存在する可能性がある。
    • 粘土スミア - 粘土を多く含む層を含む堆積層中に形成された粘土を多く含む断層ガウジ。この層は強く変形し、せん断されて断層ガウジを形成します。
• マイロナイト– 断層岩で、凝集性があり、地殻変動による粒度の縮小によって発達した平面構造を特徴とし、通常、丸みを帯びた斑状岩石や、基質の鉱物と同様の組成の岩石破片を含む。
• 擬似タキライト– 超微粒子のガラス質の物質で、通常は黒くて火打ち石のような外観をしており、薄い平面状の鉱脈、注入鉱脈、または擬似礫岩や角礫岩の基質として存在し、母岩の膨張亀裂を埋める。擬似タキライトは地震による滑り速度の結果としてのみ形成される可能性があり、非活動断層の断層速度指標として機能する可能性がある。^[26]

土質工学では、断層はしばしば不連続面を形成し、トンネル、基礎、法面建設 などの際の土や岩盤の機械的挙動（強度、変形など）に大きな影響を与える可能性があります。

断層の活動レベルは、(1)建物、タンク、パイプラインの位置を特定すること、(2)地震による揺れや津波が周辺のインフラや人々に及ぼす危険性を評価することに非常に重要になることがある。例えばカリフォルニア州では、地球の地質学上の歴史において完新世（過去11,700年間）に活動した断層の真上やその近くでは、新しい建物を建設することが禁止されている。^{[27]また、完新世と}更新世（過去260万年間）の間に活動を示した断層も、発電所、ダム、病院、学校などの重要な構造物については特に検討の対象となる可能性がある。地質学者は、浅い掘削で確認できる土壌の特徴や航空写真に見られる地形を研究することで、断層の年代を評価する。地下の手がかりには、古い土壌の場合は剪断と炭酸 塩団塊、浸食された粘土、酸化鉄 の鉱化との関係があり、新しい土壌の場合はそのような兆候がないことがあげられる。断層せん断帯の隣または上に埋まっている有機物の放射性炭素年代測定は、活発な断層と休眠中の断層を区別する上でしばしば重要です。このような関係から、古地震学者は過去数百年間の地震の規模を推定し、将来の断層活動のおおよその予測を立てることができます。

多くの鉱床は断層上または断層と関連している。これは断層帯に関連する破砕された岩石がマグマの上昇^[28]または鉱物を含む流体の循環を可能にするためである。ほぼ垂直の断層の交差点は、重要な鉱床の場所であることが多い。^[29]

貴重な斑岩銅鉱床を擁する断層の例としては、チリ北部のドメイコ断層があり、チュキカマタ、コジャワシ、エルアブラ、エルサルバドル、ラエスコンディーダ、ポトレリジョスに鉱床がある。^[30 ]チリのさらに南には、ロスブロンセスとエルテニエンテの斑岩銅鉱床があり、それぞれ2つの断層系の交差点に位置している。^[29]

断層は必ずしも地表への導管として機能するわけではない。深部の「誤った方向」の断層は、斑岩銅を形成するマグマが停滞するゾーンであり、火成岩の分化に適した時期とタイプを達成するのではないかという提案もある。^[31]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。^[31]

断層は脆弱な部分であるため、周囲の岩石と水の相互作用を促進し、化学的風化を促進します。化学的風化が促進されると、風化帯の面積が拡大し、地下水のためのスペースが増えます。^[32]断層帯は帯水層として機能し、地下水の輸送にも役立ちます。

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  貫通点を示す微小欠陥（コインの直径は 18 mm (0.71 インチ)）
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  モロッコの正断層。断層面は写真中央の急激に左に傾斜した線で、断層の右側の層に比べて左側の岩層が下方にずれた面です。
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  スペインの断層角礫岩

• 断層帯の一覧
• アンダーソンの断層理論
• 耐震クリープ
• 断層ブロック – 地球の地殻における地殻変動と局所的な応力によって形成された大きな岩石ブロック
• 断層崖 – 地表の小さな垂直方向のずれ
• 節理 – 岩石の亀裂の種類
• 地震動の緩和
• 山の形成 – 山の形成の基礎となる地質学的プロセス
• 造山運動 – 山脈の形成
• 古応力反転
• 地震ハザード – 特定の地域と時間における地震発生確率
• 条線 – 地質学的プロセスによって岩石または鉱物の表面に形成された溝
• 垂直変位– 地球の地殻の垂直移動

• デイビス、ジョージ H.、レイノルズ、スティーブン J. (1996)。「褶曲」。岩石と地域の構造地質学(第 2 版)。ジョン ワイリー & サンズ。pp. 372–424。ISBN 0-471-52621-5。

• Fichter, Lynn S.; Baedke, Steve J. (2000 年 9 月 13 日)。「アパラチア構造地質学入門」。ジェームズ・マディソン大学。2010 年 1 月 12 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010 年3 月 19 日閲覧。

• Hart, EW; Bryant, WA (1997)。カリフォルニア州の断層破壊の危険性: Alquist-Priolo 地震断層区分法および地震断層帯地図索引 (報告書)。第 42 巻、カリフォルニア州鉱山地質局。

• マーキス、ジョン、ハフナー、カトリン、ハウクソン、エギル、「断層滑りの特性」、地域地震活動による地震の調査、南カリフォルニア地震センター、2010 年 6 月 25 日時点のオリジナルからアーカイブ、2010 年3 月 19 日取得

• McKnight, Tom L.; Hess, Darrel (2000)。「内部プロセス: 断層の種類」。自然地理学: 景観評価。Prentice Hall。pp. 416–7。ISBN 0-13-020263-0。

ウィキブック歴史地質学には断層に関するページがあります。

ウィキメディア・コモンズには、断層に関連するメディアがあります。

• IRIS コンソーシアムの断層運動アニメーション(2005 年 2 月 17 日アーカイブ)
• USGSの「地震の発生方法」より、カリフォルニア州中部のカリゾ平原にあるサンアンドレアス断層の航空写真
• 南カリフォルニアのサンアンドレアス断層の LANDSAT 画像、 USGSの「断層とは何か?」より(2008 年 4 月 4 日アーカイブ)