IAEG Bulletin 紹介（12）イラン南西部，Upper Gotvand ダムの地質工学的性質に対する活動的な断層運動の影響
国際委員

百嶋輝
1. はじめに国際委員による IAEG Bulletin 紹介も今回で12 回目となるが，今まで紹介されてきた論文は，地質現象に対する解析手法・測定手法を論じたものが多かった．IAEG Bulletin には多様な論文が掲載されていることを紹介したいため，今回はより純粋に，地質構造や地質性状を論じたものを選んだ．
さらに，日本ではダムの地質調査が応用地質学の発展に寄与して来たことも踏まえると，「ダムの地質工学的性質に対する活動的な断層運動の影響」という興味深い題名の論文があったため，紹介したい．
原文タイトルは「The impact of active faulting
on the geotechnical properties of the Upper Gotvand
Dam, southwest Iran」で，Bulletin of Engineering
Geology and the Environment 第 78 巻 709～722
ページ(2019 年 3 月号)に掲載されている．著者
は，イラン Khuzestan 州 Ahvaz 市の Khuzestan
水・電力局の地質・地質工学グループの ArashBarjasteh 氏である．
2. 紹介論文の翻訳概要
2-1. Abstract
イラン南西部の Karun 川に建設された Upper
Gotvand ダムは，イランで最も高いロックフィルダムであり，イランで最も活動的な地震構造地帯である Zagros 活動帯に位置している（図-1）．
そのためダム基礎やアバットメント（特に右岸アバットメント）は，Pir-Ahmad 断層をはじめとした断層運動の影響を受け，激しく破砕されて変位しており，漏水のリスクが高い．
本論文は Upper Gotvand ダム周辺の地質構造や断層運動，そしてそれらのダムサイトへの影響を論じたものである．
なお本論文に記載のキーワードは「活動的な断層運動」「地質工学的性質」「Pir-Ahmad断層」「 Gotvand ダム」である．
2-2. Introduction

Upper Gotvand ダム(UGD)はイランで地震構造的に最も活動的な地域に位置しているため，アバットメントの安定性の低下 1）やダム基礎やアバットメントからの漏水の恐れ 2)3)4)5）といった影響を受ける．
ダムサイト周辺は，Zagros 褶曲-スラスト地帯における Zagros Simply 褶曲帯 6）に位置しており，平行した長い背斜と向斜から構成される．これらの地質構造の走向は主として NWSE 走向である．

ダムの位置

図-1 Upper Gotvand ダムの位置 ※原著論文の図に加筆
Reprinted by permission from Springer Nature, License Number
4599241308560.

調査対象地域は，Karun 川が Zagros 褶曲帯の端部付近で Khuzestan 平野に入る場所である．
UGD はイラン国内で最長かつ最大の川である Karun 川に建設された，中央遮水壁型ロックフィルダムで，高さ 178 m，堤長 760 m である．常時満水位は海抜 232 m， 貯水容量は 45
億 m 3，貯水池長さは約 90 km である． UGDはイランで最も高いフィルダムで，その水力発電所は最も大きな発電能力を持っている．
この地域の岩相は，古い方から順に，
Gachsaran 蒸発岩(Gs)，Mishan 泥灰岩(Mn)，
Agha-Jari砂岩(Aj)，Bakhtyari礫岩(Bk)及び第四紀堆積物である（図-2）． ダムサイト基盤は
Agha-Jari 砂岩から成るが，アバットメントはBakhtyari 礫岩(Bk)から成る（図-3）．

Lali-Ahvaz lineament

Pir-Ahmad Fault

Lahbari-Thrust Fault

Strike & dip
Gachsaran Fm

Synclinal axis
Mishan Fm

Anticlinalaxis
Agha-Jari Fm

Thrustfault

Wrenchfault

Bakhtyari FmRecent Deposits

ダムサイト（左図と右図で共通の記号）

図-2 調査地域周辺の地表(左図)と地下(右図)の地質構造． (Mottaghi and Yassaghi 20127）を改訂) ※ 原著論文の図に加筆修正
Reprinted by permission from Springer Nature, License Number 4599241308560.

2-3. ダムサイトの地質
ダム基盤を成す Agha-Jari 層は，ダム基礎から右岸アバットメントにかけて，褶曲・断裂により，層理面・節理がさまざまな角度で傾斜し，破砕部・鏡肌を伴う（図-3）．AghaJari 層は，石膏の脈を含むがそれらは可溶性があり，大きな浸透流を招くおそれがある 4）．
左岸アバットメントは，ほぼ水平層のBakhtyari 礫岩から成る（図-3）．右岸アバッ
トメントの一 部は，分断され移動して来た
Bakhtyari 礫岩から成る（図-3）．川の北端に沿って Gachsaran 層が，Pir-Ahmad 断層の断層運動により，Agha-Jari 層の上に乗り上がり，Bakhtyari 層と接触している（図-2）．AghaJari 層の石膏脈の最大厚さは 2cm 以上であり，層理面及び節理面に沿って薄いフィルムとして現れる．節理面に沿ったものは後で形成され，石膏の溶解及び節理面への再沈殿を示す．
Bakhtyari 層は全体的に，シルト岩から巨礫岩まで及ぶ，陸起源の砕屑性の堆積物から成る．Bakhtyari 層の断裂は通常垂直で比較的大きな開口部を持ち，開口部の連続性はしばしば数メートルに達する．
2-4. 地質構造
ダムサイト地域では，Karun 川の北側に，NW-SE～E-W 走向の Pir-Ahmad 断層が分布し，Karun 川の南側には，NW-SE 走向の Lahbari 活断層が山地と平野の境界 8 ） に分布する（図2）．河床部は Agha-Jari 層から成る小さく密な背斜によって占められており（図-3），この背斜の褶曲軸は，E-W 走向である．ダム軸に沿った地質断面（図-3）と，脆性的な砂岩層と延性的なシルト岩・泥岩互層，および河床下の断層の存在から，現存する褶曲は断層伝播褶曲であり 9)10)，フレキシュラルスリップは，周辺地域で主要な褶曲メカニズムである11)ため支配的メカニズムとして想定される 12）．
背 斜 の 南 部 と 北 部 に お け る Lahbari と PirAhmad 衝上断層（図-2）の活動は，激しい圧縮を引き起こし，Agha-Jari 層にタイトな褶曲を起こした（図-3）．いくつかの剪断および破砕帯が基礎掘削やボーリングにより観察された 13）． Agha-Jari 層の脆性的な砂岩層と延性的・流動的なシルト岩・泥岩層の同時圧縮は，層理面に沿って鏡肌を伴うフレキシュラルスリップを引き起こした．
谷の中心から右岸に向かって，4 つの局所的な断層が分布し (図-3)，急な層理面の急激な傾斜変化がある．既存のデータに基づくと，両翼の角度は約 30°であり，タイトな褶曲として分類される 10）．この地域の主な断層の走向は，NW-SE～E-W及び NE-SW であり，断裂の主な走向は，NE-SW 及び E-W である．NE-SW
走向は一般的な褶曲の軸に垂直な最大圧縮の方向と一致する．
衛星画像とリモートセンシング技術 14）に基づく morphotectonic analysis（地質構造形態解析）11）により，右横ずれ運動を伴う N-S 方向の構造的リニアメント 15） が明らかになった（図-2）．それは Lali-Ahvaz トレンドと呼ばれている．地域全体は地質構造を示す N-S 方向の Lali-Ahvaz リニアメントの影響を受けてBk
Displ.B

Bk

Displ.B

異地性の Bakhtyari 礫岩

Bk

Bakhtyari 礫岩

AjAgha-Jari 砂岩

図-3 ダム軸の簡易地質断面図(左図)(Ahmadi et al.20084)を改訂) と 推定変形メカニズム(右図)．太い直線は断層．
※ 原著論文の図に加筆
Reprinted by permission from Springer Nature, License Number 4599241308560.

いると考えられる． Karun 川は明らかにダムサイトの上流部で，この基盤のトレンドをたどっている 16）．
2-5. 活発な断層運動
Lahbari 活断層は，調査地域では，平均 1250
m の垂直変位を示す 17)．Lahbari 活断層周辺の1977.06.05（Ms (surface wave magnitude) = 5.8）と 1985.09.18（Mb (body wave magnitude) = 5.2）の地震は，深部でのこの断層の再活動化と関連している． NW-SE～E-W 走向の Zagros 褶曲は，N-S～NNW-SSE 走向の右横ずれ断層帯によって局部的に歪曲され崩壊している．
ダム地域は，中程度の地震活動で知られている． 20 世紀最大の地震は 1978 年 12 月 14 日の地震である（Mb5.9，Ms6.1）．
前述のように，Pir-Ahmad スラスト断層はダムサイトに最も近い断層であり，地質学的および morphostructural な（構造形態的）証拠に基づいてダムの右岸アバットメントに影響を及ぼすと考えられている．
2-6. 地質工学的特徴
ダムの両岸アバットメントは Bakhtyari 層の異地性岩塊を含む．右岸アバットメントの岩塊は明らかにトップリングした岩盤であり，左岸アバットメントの岩塊はすべった岩盤である（図-3）．この地域の最大主応力はほぼNE-SW 方向の水平応力である．Lahbari 断層の派生断層と考えられる Pir-Ahmad スラスト断層（図-2）は，右岸アバットメントに影響を及ぼしている．
Agha-Jari 層では，3 つの節理セットが測定されたが，その一つは層理面に平行である．
節理の大部分はせん断され，鏡肌を伴い 5)13)，表面は石膏と粘土で満たされている．非常に密な節理間隔は剪断帯の存在を示す．RQD 値は， 10〜100％と広範囲に変化する．
Bakhtyari 層では，2 つの節理セットが測定された．1 つは NW-SE～E-W 走向を持ち，もう 1 つは NE-SW 走向を示す 13)．後者のセットの走向は，一般的な圧縮応力の方向，すなわち Zagros 褶曲スラスト帯の短縮方向とほぼ平行である． Bakhtyari 層の RQD 値は一般的に50％未満である．
Agha-Jari 層のヤング率は 2.28〜11.2 GPa の値をとり， Bakhtyari 礫岩のヤング率は 2.1～13.6 GPa の値をとる．
Agha-Jari 層の引張強度は 1.9〜3.2 MPa の値をとり，Bakhtyari 礫岩の引張強度は 2〜2.8
MPa の値をとる．
ダム地域の Bakhtyari 層と Agha-Jari 層の岩盤分類は「比較的弱い」から「非常に弱い」に分類される．
右岸アバットメントの広範囲にわたる脆弱さと透水性への対策として，右岸アバットメントでの止水壁，ジオメンブレン（遮水・防水シートの製品名），セメントグラウトなどのさまざまな処理を行った．
連続的なカーテングラウトを設置しても右岸アバットメントの水の浸透を効果的に減らすことはできないため，水密性を確保するために最大高さ 124m で幅約 700m の可塑性があるコンクリート止水壁を採用した．
既存のダムサイトの静的および動的解析では，局所的および地域的な断層を設定していない 2)4)18)．しかしそれら断層は，将来にわたって危険であると考えるべきである．

3. 終わりにZagros 褶曲帯はアラビアプレートとユーラシアプレートの衝突により形成された褶曲帯である．アラビアプレートはユーラシアプレートに対して北東の方向へと沈みこんでいる．
これが本論文調査地域での最大主応力であるNE-SW 方向の水平応力の原因であると考えられる．
日本は同じく，プレートの衝突・沈み込み帯に位置しているので，本論文はいい参考事例になると思われる．本論文に興味を持たれた方は，是非原著を参照して頂きたい．本紹
介文では都合により 3 つの図面しか掲載できなかったが，原著には詳細な文章に加えて豊富な図表類も掲載されており，より深く詳細な理解が出来るものと思われる．
IAEG Bulletin には，このように普段の業務の参考になる事例が掲載されているので，目を通すことで有益な情報が得られるものと思われる．
4. 紹介論文中の引用文献抜粋
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