双葉断層沿いには，古生界及び中生界の岩石がマイロナイト化した幅の広い破砕帯が認められ，古生界及び中生界を覆って古第三系の白水層群，新第三系中新統の塩手層，天明山層，湯長谷層群，白土層群，多賀層群，中新統最上部〜鮮新統の仙台層群，第四系の段丘堆積物等が分布する。

双葉断層は，新地町及び相馬市付近からいわき市久之浜付近に至る間において，ほぼＮ１０°Ｗ 方向に連続する（図４−１−１， 図４−１−２）。

原町市片倉付近以北においては，双葉断層は阿武隈山地内に認められ，西側の中新統の塩手層及び天明山層と東側の上部ジュラ系〜下部白亜系の相馬中村層群とを境する高角度断層である。また，片倉付近以北の阿武隈山地東縁には，北村ほか（１９５５）により，双葉断層から分岐し，西側の相馬中村層群と東側の仙台層群久保間層との間に相馬断層が推定されている。相馬断層については，地表部では断層は確認されず，阿武隈山地東縁の一部で久保間層が急傾斜を示す東上がりの撓曲構造が認められる。

片倉付近以南における双葉断層は，１条ないし２条の断層からなり，いずれも断層面が５０°〜２０°西傾斜を示す西上がりの逆断層である。

片倉付近から楢葉町井出川付近に至る間では，双葉断層は阿武隈山地と丘陵との境界付近に認められ，西側の古生界あるいは中生界と東側の白水層群あるいは湯長谷層群とを境する。井出川付近以南では，双葉断層は丘陵内に連続し，西側の白水層群あるいは湯長谷層群と鮮新統の仙台層群富岡層との境界あるいは白水層群及び湯長谷層群内に認められる。

以下に，双葉断層の活動性に関する地形・地質調査結果を，今年度ピット調査計画及び平成９年度実施予定のトレンチ調査・ボーリング調査計画（案）と併せて，各地区毎に述べる。