沿破裂面兩側岩塊發生顯著相對位移的斷裂構造。斷層的規模大小不等﹐大者沿走向延伸可達上千公里﹐向下可切穿地殼﹐常由許多斷層組成﹐稱為斷裂帶﹔小者可見於手標本。
幾何要素斷層由斷層面和斷盤組成。斷層面是岩石沿之發生相對位移的破裂面﹐簡稱斷面﹐可以是一個單一的面﹐也可以是一個有一定寬度的帶。斷層面與地面的交線稱為斷層線。斷盤指斷層面兩側的岩塊。位於斷層面之上的一盤稱為上盤﹐斷層面之下的一盤稱為下盤。如斷層面直立﹐則按其相對於斷層走向的方位來描述。斷層的位移即斷層面兩側岩塊相對錯開距離的統稱。按測量位移的參照物的不同﹐分為滑距和斷距(圖1斷層的斷距和滑距)。
滑距即斷層兩盤真正的相對錯開的距離。斷層面上錯動前的一點﹐錯動後分成兩個對應點之間的直線距離﹐稱為總滑距。總滑距在斷層面走向線上的分量稱走向滑距。總滑距在斷層面傾斜線上的分量稱傾斜滑距。斷距即被錯斷的岩層在兩盤對應層之間的相對距離。在不同方向的剖面上﹐斷距的值可不同。在垂直於被錯斷岩層走向的剖面上﹐斷層兩盤對應層之間的垂直距離稱為地層斷距﹔對應層之間的鉛直距離稱為鉛直地層斷距﹐相當於直立的鑽孔中測得的距離﹔對應層之間的水平距離稱水平地層斷距﹐相當於沿水平坑道測得的距離。
分類按斷層走向與被斷地層走向的幾何關係分為﹕兩者近於平行的走向斷層﹔兩者近於垂直的傾向斷層﹔兩者斜交的斜向斷層﹔與被斷地層層面大致平行的順層斷層。
按斷層走向與區域褶皺軸向的幾何關係分為﹕兩者近於平行的縱斷層﹔兩者近於垂直的橫斷層﹔兩者斜交的斜斷層。
按斷層兩盤相對運動的方向分為﹕上盤相對下降的正斷層﹔上盤相對上升的逆斷層﹐低角度(小於30°)的逆斷層又稱沖斷層。正斷層和逆斷層的兩盤相對運動方向大致平行於斷層面的傾斜方向﹐故又統稱為傾向滑動斷層﹔兩盤沿斷層走向作相對水平運動的平移斷層﹐又稱走向滑動斷層(簡稱走滑斷層)。兩盤作逆時針剪下的平移斷層稱左鏇或左行平移斷層﹐反之﹐作順時針剪下的稱右鏇或右行平移斷層。另外﹐對於斷層位移方向與斷層面走向斜交的斜向滑動斷層﹐可根據其走向滑距和傾斜滑距分量的相對大小而複合命名﹐如正-平移斷層或平移-逆斷層﹐複合命名中的後者表示主要的運動分量。
斷層是地殼上部構造層次脆性剪下變形的典型產物。有的大斷層向深處其傾角逐漸變緩﹐使斷層面成凹面向上的彎曲﹐其剖面似鏟形或犁形﹐稱鏟狀斷層或犁式斷層。在地殼深處的韌性變形域﹐相當於斷層的兩盤作相對剪下位移的變形帶稱為韌性剪下帶。
形成機制斷層運動的基本特點是兩盤岩石沿斷層面的剪下滑動﹐所以斷層作為剪下面與其形成時的應力狀態密切有關。斷層形成的安德森模式簡明地說明了兩者的關係(圖2安德森斷層理論模式)。因為地面與空氣間無剪應力作用﹐所以地面為一主平面﹐即必然有一個主應力軸與地面垂直﹐其餘兩個主應力軸呈水平狀態。假定岩石為各向同性﹐其內摩擦角統計平均值為30°。按庫倫-穆爾脆性破裂準則﹐在應力作用下形成的兩組共軛剪下面的交線與中間應力軸2平行﹐其銳角分角線與最大主應力軸1平行﹐斷層面與1的夾角約30°。這樣﹐三種應力作用方式就可造成3種斷層﹕當1直立時﹐形成高角度正斷層﹔當2直立時﹐形成近直立的平移斷層﹔當3直立時﹐形成低角度的逆斷層。這一模式較好地說明了大量淺層次的脆性破壞所形成的斷層﹐如大量的正斷層的傾角在60°左右﹐而平移斷層常是近直立的。但由於地殼的不均一性﹐各地實際的應力狀態還要複雜得多﹐如在上升岩漿岩的邊部或隆起區邊緣的差異性升降運動都可造成高角度的逆斷層﹐而在地殼較深處又可有近水平的低角度正斷層。
從斷層造成的區域應變效果來看﹐正斷層造成地殼在水平方向的伸長﹐稱之為伸展構造﹔逆斷層造成地殼在水平方向的縮短﹐稱之為擠壓構造﹔平移斷層則直接與水平剪下作用有關。
研究方法主要是在野外如何識別斷層﹐確定斷層面的產狀﹐判斷斷層的運動性質﹐測定其兩盤相對位移的距離﹐分析斷層形成的時代及活動歷史。常見的識別斷層及其兩盤相對運動方向的標誌有﹕地質體的不連續。地層﹑岩脈和礦脈等在平面或剖面上突然中斷或錯開﹐表明斷層的存在﹐並可求其斷距。地層的重複或缺失。走向斷層常見的一種效應。結合地層與斷層兩者產狀的關係﹐可以判斷是正斷層還是逆斷層。一般正斷層造成垂向上的地層缺失﹐逆斷層造成垂向上的地層重複。擦痕。斷層面上兩盤岩石相互摩擦留下的痕跡。斷層面有時被磨光﹐並附有鐵質或矽質的薄膜﹐光滑如鏡﹐稱為摩擦鏡面。其上的平行細紋指示了兩盤相對運動的方向。斷層面上生長的石英或方解石纖維狀晶體﹐貌似擦痕﹐稱為擦抹晶體。它們是在斷層運動過程中平行運動方向生長的晶體﹐纖維方向代表了斷盤相對位移的方向。牽引構造。斷層運動時斷層近旁岩塊受到拖曳造成的岩層局部彎曲﹐或岩層由塑性變形進一步發展而破裂成斷層時留下的弧形彎曲。弧形凸出的方向大體指示所在盤的相對運動方向。斷層岩。斷層帶中因斷層動力作用被搓碎﹑研磨而改造的岩石。有斷層角礫岩﹑碎裂岩及斷層泥等﹐是脆性變形的產物﹐常見於一般斷層中。糜棱岩是另一種常見於大斷層帶中的岩石﹐它是深處韌性剪下變形的產物(見韌性剪下帶)。此外﹐地貌現象(斷層崖﹑錯斷山脊﹑水系突然改向等)也有助於識別斷層﹐尤其是活動斷層。
斷層是常見的斷裂構造﹐因其規模比節理大﹐故在控制固體礦床﹑油﹑氣和地下水的運移和儲藏﹐對大型工程的地基穩定性的影響以及地震的監測和預報等方面更有重要的實際意義。
