島根大学地球資源環境学研究報告　19，113～125ページGeoscience　Rept．Shimane　Univ．，19，p．113～125（2000）

（2000年12月）

　　　　　　　　　　　　GeologicalStructuresandTectonics　．

aroundtheKokaReservoir，NorthemMainEthiopianRift

ShuichiroYokota＊and　SileshiMamoFantaye＊＊

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Abstract

　　The　Koka　dam　and　its　reservoir，located　in　the　northem　Main　Ethiopian　Rift，are　the　main　facilities　for　irrigation　and

hydroelectric　power　in　Ethiopia．However，a　considerable　water　leakage　from　the　reservoir　has　observed　since　the

completion　ofthe　Koka　dam　in1960．Topographical　and　geological　conditions　around　the　reservoir　have　been　studied　to

obtainfundamentalinfomationonpathsofleakage．ThereservoirareaislocatedintheWonjiFaultBeltoftheno丘hemMain　Ethiopian　Rift，and　is　characterized　by　small　horst　and　graben　stmct皿es　with　distinct　fault　sca甲lets．The　structures

areelongatedNNE－SSWintheno質heastemhillsofthereservoir，which　is　theprobable　leakage　zone，andthey　obliquely

intersect　the　course　of　the　Awash　River　flowing　out　from　the　reservoir．The　northeastem　hills　consist　of　rhyolitic

ignimbrites　and　various　volcanic　rocks　intercalated　with　post－Pliocene　pumiceous　and　lacustrine　deposits。They　dip

gently，but　are　partially　displaced　by　faults。

　　Considering　that　uplift　and　tilting　offault　blocks　continued　d皿ing　the　Quatemary，such　movements　may　have　shifted

thecourseofthedver．Alowelevationzoneelongatedno質heastw肛dfromapoint35㎞southoftheKokadamwasinferred　to　be　an　old　river　co皿se．Although　this　zone　is　partially　divided　by　an　uplifted　horst　mound，it　is　elongated

northeastward　from　the　reservoir　bank．In　contrast，the　c皿rent　river　course　where　the　Koka　dam　was　constructed　is　deep，

andmaybe　anewerone．While　thefomleris　characterizedby　remarkably　weatheredrockmass，thelatteris　fresh　due　torapid　dissection．Based　on　these　topographical　and　geological　characteristics，the　low　elevation　zone　corresponding　to　a

paleo－chamel　might　have　become　a　leakage　path　as　water　level　rose　after　inundation．

Key　words：Ethiopia，Koka　dam，Leakage　path，Reservoir，Rift，Ignimbrite

lntroduction

　　The　Koka　dam　and　its　reservoir，10cated　in　the　northem

MainEthiopianRift（MER，Fig．1）are　the　main　facilities　for

irrigation　and　hydroelectric　power　in　Ethiopia．The　Koka

reservoir　covers　an　area　of236km2with　the　capacity　of

1，850×106m3．However，a　considerable　water　leakage　from

the　reservoirhas　observed　since　the　completion　ofthe　Koka

dam　at1960，and　this　is　economically　serious　problem　for

the　region．Some　attempts　have　been　made　to　estimate　the

leakage　loss　rate　of　reservoir　water（Sogreah，1965；Ital

Consult，1970；Halcrow，1989）．According　to　these　reports，

the　rate　ranges　ffom90to435×106m3／year（Mamo，1995；

Mamo　andYokota，1998）．

　　This　area　is　topographically　characterized　by　low　rehef

hills，whichhavebeenfomedashorstandgrabenstructures

in　the　northem　MER．The　hills　around　the　reservoir

consist　ofignimbrites　and　various　volcanic　rocks　intercalated

with　post－Pliocene　pumiceous　and　lacustrine　deposits．

In　generally，leakage　path　is　closely　related　to　topographic

and　geologic　conditions　including　Physical　properties　of

rock　masses　around　the　reservoir．However，the　leakage

paths　are　still　presently　unknown　because　rocks　distributed

＊Depaltment　ofGeoscience，Shimane　Univ．，Nishikawatsu，Matsue690－

　8504，Japan＊＊ dthiopian　Institute　of　Geological　Surveys，P．0．Box2302，Addis　Ababa，

　Ethiopia

there　are　varied　and　geological　structures　are　complicated．

　　One　of　the　authors，Sileshi　Mamo　has　attempted　to

detemine　the　leakage　paths倉om　the　viewpoints　of

hydrogeology　using　isotope　techniques．Geological　conditions

around　the　reservoir　are　not　clear　as　to　the　leakage　paths

concem．Here，we　attempted　to　compile　a　geological　map

around　the　reservoir　to　understand　geological　stmctures　and

tectonic　movements　in　addition　to　intelpretations　of

pemeabilityofrockmasses．

ToOographic　an⊂l　geologic　characteristics　around

　　　　　　　　　　　　theWonjiFaultBelt

1．NorthemMainEthiopianRiftandWo勾iFaultBelt　　The　Kokadamanditsreservoirarelocated　on　the　Wo可i

Fault　Belt（Mohr，1962，1967），which　is　one　portion　ofthe

northem　MER（Fig．1）．The　MER　is　a　part　of　East　Afhcan

Rift　System，and　comprises　a　series　ofrift　zones，extending

overadistanceofabout1，000㎞fromtheAf肛ThpleJunction　at　the　Red　Sea－Gulf　of　Aden　intersection　to　the

Kenya　Rift　in　the　south（Fig．1）．In　the　Ethiopian　Ri負zones，

theMER　and　the　Southwestem　Ethiopian　Rift（SWER）are

thetwom勾orhftsectors．TheMERfomstheno質heastemsector，and　is　subdivided　into　northem，centra1，and　southem

segments（Chrowiczαα1．，1994）．Younger　volcanic　rocks

ofthe　Pliocene　to　Pleistocene　age　predominate　in　the　MER．

In　contrast，the　SWER　foms　the　southwestem　sector　and

links　to　the　north－south　trending　Kenya　Rift　in　south．The

113

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　　　　　　　Geological　Structures　a．nd　Tectonics

around　the　KokaReservoir，Northem　Main　Ethiopian　Rift

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500EFig．1．lndex　map　ofthe　Kokareservoirlocatedin　the　northem　Main　Ethiopian　Rift．

SWER　is　characterized　by　predominantly　older　volcanics

rangingfromtheEocenetoMiocene（8．8．，WoldeGabrie1α

α1．，1990；Stewart　and　Rogers，1996；Kabeto　and　Sawada，

1997，1999；Boccalettiαα1．，1999；Kabetoαα1．，2000）．

　　Two　stages　of　rifting：1ate　Oligocene　to　early　Miocene，

and　late　Miocene　to　early　Pliocene　were　proposed　for　the

MER　and　SWER（Davidson，1983；WoldeGabrielαα1．，

1990；Ebingerαα1．，1993）．The　northem，central　and

southem　segments　of　the　MER，and　their　major　ri負一

boundingfaultsareorientedtoN45。E，N30。EandN5－101E，respectively（KabetoandSawada，1999）．TheNE－SW

gross　structuraltrendoftheMERis　segmentedby　NW－SE

trending　mostly　dextral　transverse　faults（6．8．，Mohr，1967；

WoldeGabrie1αα1．，1990；Chrowiczαα1．，1994；Hayward

and　Enginger，1996；Kabeto　and　Sawada，1999）．The　latest

stage　of　development　ofthe　MER　in　late　Miocene　to　early

Pliocene　is　also　followed　by　a　na皿ow　well－developed

Quatemaryfaultingthatismostlyrelatedto　theWonjiFault

Belt（Mohr，1962，1967）．Therefore，the　distribution　and

structures　of　the　Quatemary　strata　are　commonly　affected

by　faulting　in　this　Belt．

　　The　age　and　geochemical　characteristics　ofthe　volcanism

changes　along　and　across　the　MER，and　its　complicated

history　and　nature　reflects　the　tectonic　evolution　of　the　rift

（6．8．，Hartαα1．，1989；WoldeGabrie1αα1．，1990；Wolde，

1996；Boccalettiαα1．，1999；Kabetoαα1．，2000）．Ebinger

andSleep（1998）haveals・c・ncludedthatupli丘ing，magmatism　and　extension　in　Ethiopia　and　east　Africa　is

attributed　to　simple　plume　activities　beneath　the　Ethiopian

Plateau（Afar　plume）．However，Georgeαα1．（1998）and

Rogersαα1．（2000）suggested　that　the　presence　of　two

mantle　plumes，Afar　and　East　Afヤican．

2．Topographic　features　in　and　around　the　Koka　reservoir

　　Fig．2shows　the　topography　around　the　Koka　reservoir

and　the　Awash　River．The　Awash　River　on　which　the　Koka

dam　was　built　is　one　of　the　m句or　rivers　nowing　in　the

MER．It　flows　northeastward　from　the　westem　margin　of

theMER，fo㎜ing　steep　gorges　up　to25kmupstream　ofthe

Koka　reservoir．It　meanders　east　up　to　the　reservoir　with

low　gradient，and　it　finally　attains　to　the　Lake　Abe　in　the

Afar　depression　zone．The　location　of　the　Koka　reservoir　in

the　midstream　of　the　Awash　River　is　regarded　as　a　local

depression　zone　elongating　in　NE－SW　trend，and　the

reservoir　shapes　an　ellipsoid　elongating　NE－SW　trend　in

plan．The　zone　also　might　have　been　formed　as　a　result　of

tectonic　movements　in　theWonji　Fault　Belt．Water　level　of

thereservoiris　aroundEL．1590．7m．Although　the　bottom

topography　ofthe　reservoir　is　not　clear，the　water　depth　may

be　mostly　shallower　than10m．

　　As　shown　in　Fig．2，the　Koka　dam　is　located　in　the

northeastem　side　of　the　reservoir，outlet　of　the　Awash

River．The　eastem　bank（right　bank）of　the　reservoir　is

characterized　by　low　relief　hills　ranging　from1，600to

1，800m，and　their　hilly　slopes　directly　face　to　the　reservoir．

However，there　exist　shallow　zones　where　elevation　is

below　the　water　level　ofthe　reservoiL　On　the　contrary，wide

plain　spreads　over　around　the　westem　bank（le負bank），and

scattering　distribution　of　small　isolated　mounds　is　seen，

where　villages　are　located．Awash　River　and　its　large

tributary，the　M句。　Riverjoins　each　other　near　the　westem

bank　of　the　reservoir．Along　the　upstream　course　of　the

Awash　River　in　the　westem　bank，small　marsh　and　ponds

are　found　separated　from　the　main　reservoir．As　a　result，

while　the　eastem　bankofthe　reservoiris　nearly　straightline，

the　westem　bank　is　irregular．These　topographical　contrasts

may　be　attributable　to　faulting　and　tilting　in　the　area．

　　A　slightly　dissected　Gedemsa　Caldera　is　recognized　in

southeast　ofthe　reservoir．Its　diameter　is8km　long，and　its

westem　slope　faces　the　reservoir　directly．A　large　fluvial

plain，ofwhichelevation　is　around1，500m，spreads　over

the　northeastem　side　of　the　caldera，and　this　has　been

utilized　for　a　large　sugarcane　farm，the　Wonji　Sugar

Plantation．

ShuichiroYokotaandSileshiMamoFantaye 115

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Fig．2．Topographic　outline　around　the　Kokareservoir．Koka　dam　is　located　at　northeastem　side　ofthe　reservoir．

3．Geological　setup　around　the　Koka　reservoir

　　Fig．3shows　a　regional　geologic　map　compiled　by　the

authors　based　on　previous　investigations　（Ethiopian

Institute　of　Geological　Surveys，1981；Damteαα1．，1992）

and　additional　field　survey．The　volcanic　rocks　in　this　area

are　mainly　of　rhyolitic　ignimbrite（pyroclastic　rocks）and

rhyolitic　to　basaltic　lava　flows　intercalated　with　lacustrine

or　pumiceous　deposits．Recent　fluvial　and　lacustrine

deposits　cover　these　partially．Basaltic　rocks　are　distributed

mainly　along　the　downstream　of　the　Awash　River，and　in

the　Belale　Forest，southeastem　bank　of　the　reservoir．These

basaltic　lava　are　named　as　Bofa　Basalt（Ethiopian　Institute

of　Geological　Surveys，1981）．They　are　porphyritic　with

plagioclase，and　are　vesicular．This　was　dated　between　O．44

and　O．61Ma　by　whole　rock　K－Ar　method（Mortonα

α1．，1979）．Basaltic　rocks　are　also　appears　as　numerous

volcanic　cones．Damteαα1．（1992）divided　basaltic　rocks

distributed　here　into　two　members；Bofa　Basalt　and　others．

However，it　is　not　easy　to　discriminate　them　based　on　their

characteristics．

　　According　to　Meyerαα1．（1975），the　faulting　in　the

Wonji　Fault　Belt（WFB）started　at　the　beginning　of

Pleistocene（1．6Macα），causingtheunconfomitybetween

theoverlying“Wo可i　Series”（Pleistoceneto　Holocene）and

underlying　“Nazareth　Series”　whose　recent　rift　floor

products　are　about1．8Ma（Bigazziαα1．，1993；Boccaletti

8∫α1．，1999）．

　　According　to　the　compilation　of　Damteαα1．（1992）and

Boccalettiαα1．（1999），the　Gedemsa　area　is　located　in

geologically　well　studied　Nazareth－Dera　area，where

severaltectonomagmatic　units　are　identified；Melaksa（＜0．2

Ma），Boseti（0．21Ma），Gedemsa（0．21－0．85Ma），Dera－

Sodere（く0．44Ma），Bofa（0．44－0．61Ma），Boku－Tede（0．51

－0．83Ma），Keleta（1．5Ma），Nazareth（1．41－1．71Ma），and

Eastem　Margin（1．8Ma）units，respectively．Ignimbrites

and　various　volcanic　rocks　ofboth　the　Nazareth　and　Wonji

Groups　are　widely　exposed　in　this　area．The　former

constitute　many　flow　units　interbedded　with　paleosol　layers

and　aphyric　floodbasalts（8．8．Meyerαα1．，1975；Boccaletti

αα1．，1999）．They　also　sometimes　intercalated　with　ash　fa11

1ayers　and　lacustrine　deposits．Some　NNE－SSW　trending

faults　and　minortraverse　faults　cause　displacements　in　these

strata，resulting　in　horst　and　graben　structures．

　　The　Gedemsa　unit　is　related　to　the　products　of　Gedemsa

Caldera　collapse（Peccedlloαα1．，1995；Baccolettiα

α1．，1999）．The　pre－caldera　activity　gave　nse　to　pantelleritic

rhyolite　ignimbrites　associated　with　ash　nows，pumice　falls，

and　surge　deposits．Pantelleritic　rhyolitic　lava　domes　are

also　present　in　the　pre－caldera　sequences．The　post　caldera

products　are　composed　ofresurgent　pantelleritic　lava　domes

and　basaltic　spatter　cones　scattered　within　the　Caldera．

Basaltic　dikes，though　to　be　ffom　these　scoria　cones　are

aligned　in　the　NNE－SSW　trend，which　is　almost　similar　to

theWonjiFaultBelttrend．

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　　　　　　Geological　Stmct皿es　and　Tectonics

around　the　KokaReservoir，Northem　MainEthiopian　Rift

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Shuichiro　Yokota　and　Sileshi　Mamo　Fantaye 117

Fig．4．S撮ellite　JERS－1image　ar〔）und　the　northeastem　bank　ofthe　Koka　reservoir．

　　Recent　lacustrine　and臼uvial　deposits　cover　the　rocks　in

the　area，especially　along　the　main　river　courses、They　are

composed　of　fine　to　medium　sand，and　sometimes　with

coarse　sand，pumice，silt　and　tuff．These　deposits　may　be

thinnerthan20m．

　　Fig。4shows　an　image　obtained　by　a　satellite　JERS－1，and

this　shows　the　topographical　contrast　well　in　this　area．

Scarplets　ofNE－SW　trending　faults　are　recognized　clearly．

Reddish　portions　in　Fig。4show　relatively　wet　condition

because　the　image　is　captures　the　spectral　response　to

infrared　wavelength　For　example，　reddish　portion

appearing　in　eastem　part　of　the　sub　dam（earth　dam）

118

　　　　　　　　Geological　Structures　and　Tectonics

around　the　Koka　Reservoir，Northem　Main　Ethiopian　Rift

（d》

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig．5．Koka　reservoir　and　some　exposures＆round　it．

（a）Northem　shoreline　ofthe　Kok＆reservoir　viewed　from　Koka　dam　site．

（b）Jointed　ignimbrite　exposed　along　the　shoreline　ofthe　Koka　reservoir．

（c）Highlyweatheredignimbrite（upPer）andpumicefalldep・sits（1・wer）exp・sed＆ttherightbank｛）ftheK。kad乱m．

（d）Subdam（le負）andal・welevati・nz・neel・ngating・ute㎜ard，whichmaybeequivalentt・an・ldriverc〔）urse（right）．

indicatesthatthisareaisrelativelywetduet・alargequantity　of　water　seeping　from　the　sub　dam（earth　dam）．

　　Fig5（a）shows　topography　around　the　shoreline　of　the

reservoir，and　Figs5（b）and（c）show　exposures　of

ignimbrite　with　intercalated　pumiceous　sediments．Fig．5（d）

shows　the　topographical　features　of　a　low　elevation　zone

elongated　northeastward　from　the　sub　dam．

Detail　topography　around　the　northeastern　bank　of

　　　　　　　　　　　　　　　　　　thereservoir

　　Considering　that　reservoir　water　leaks　toward　the

downstream　of　the　Awash　River，northeastem　bank　of　the

reservoir　and　its　surroundings　may　be　the　most　probable

zone　on　leakage，and　therefore　the　area　needs　to　be　studied

in　detaiL　Fig．6shows　a　more　detail　topographic　map　of　this

Shuichiro　Yokotaand　Sileshi　MamoFantaye 119

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Fig．6．Topography　in　the　northeastern　bank　area．

area，which　includes　the　main　Koka　dam　and　two　sub　dams．

While　one　ofsub　dams　is　located　atthebank，3．5km　south

of　the　main　Koka　dam，the　other　one　in　the　hollow　zone

mentioned　above．Both　are　small　earth　dam　of5meters

high，and　were　constructed　just　after　the　completion　of　the

main　dam．

　　As　already　stated，the　alignment　of　the　NNE－SSW

trending　horst　and　graben　stnlcture　are　predominant　in　this

area，and　these　are　attributable　to　faulting　of　NNE－SSW

trend．One　of　the　horst　blocks　face　to　the　reservoir，and　the

otheris　of5－8km　east　fromthe　reservoirbank．The　summit

of　such　uplifted　horsts　shows　a　relatively　low　relief

　　The　Awash　River　flowing　out　from　the　Koka　dam

intersects　these　two　uplifted　horsts　in　this　area，forming

distinct　gorges．One　is　the　gorge　just　downstream　of　the

Koka　dam　site，and　the　other　is　the　Wonji　Gorge，

downstream　of　the　Hippo　hot　spring　as　shown　in　Fig．6．

There　exist　two　small　shallow　grabens　between　these　horst

blocks．One　is　the　zone　elongating　northeastward　from

reservoirbank　at2km　south　ofthe　Kokadam，and　the　other

is　the　zone　elongating　NNE－SSW　trend　around　the　Hippo

hot　spring．Extension　of　the　fomer　is，however，not　so

evident．

　　Gentle　slopes　that　have　been　formed　as　composite　fan

deposits　are　recognized　in　some　places．One　is　the　left　bank

of　the　Awash　River　in　the　Hippo　hot　spring　area，and　the

other　is　at　westem　slopes　of　the　Wonji　Sugar　Plantation

（Fig．6）．

Geological　conditions　in　the　northeastern　bank　area　of

　　　　　　　　　　　　　　　　the　reservoir

　　Fig．7shows　a　detail　geologic　map　of　the　northeastem

bank　area，which　the　authors　compiled　based　on　their

surveyed　data　and　log　data　of　boreholes　investigated　by　Ital

Consult（1970）．The　hills　are　mostly　composed　of　rhyolitic

ignimbrite　and　rhyolitic　lava．Intercalations　with　some

pumiceous　sediment　were　confirmed　in　log　data　also．

Distribution　ofbasaltic　lava（Bofa　Basalt）was　confimed

downstream　of　the　Koka　dam，and　small　scoria　cones　of

basalt　were　also　confirmed　in　the　eastem　hills　near　the

Wo可i　Sugar　Plantation。Although　the　lower　and　upper

strata　ofthe　Bofar　Basalt　have　been　defined　as　the　Nazareth

and　Wonji　Groups，respectively，lithofacies　however

resemble　each　other，and　constmction　of　stratigraphy　is

therefore　not　easy　in　this　area．Then，we　describe　here　only

the　　characteristics　of　individual　lithofacies　and　　their

distribution　as　follows．

1．Ignimbrites（welded　tuff）

　　Ignimbrites　distributed　here　are　welded　tuff　fo㎜ed　as

pyroclastic　now　deposits，and　characterized　by　lenticularly

elongated　pumices．They　are　intercalated　with　some　thin　ash

LEGEND

一一T欝Pleistocene

to　Pliocene？

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Fig．7．Geological　map　ofthe　northeastem　bank　area．

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弩。＝昌O旨O】〈O国”刃OのO目＜O一おZO昌『Oコ」≦巴コ団浮一〇℃置目刀一陣

Shuichiro　Yokota　and　Sileshi　Mamo　Fantaye 121

1ayers　with　pumiceous　and　lacustrine　deposits．Based　on

mapped　data，at　least4to5now　units　are　distinguished　in

this　area，and　they　may　belong　to　the　Nazareth　or　Wonji

Groups．While　they　are　relatively　hard　in　fresh　exposures

（Fig．5（b）），soft　in　weathered　portions（upper　portion　of

Fig．5（c））．Especially，ignimbrites　exposed　around　the　sub

dam　are　highly　weathered．The　ultimate　product　of　their

weathering　comprise　of　soft　and　loose　sand　with　brownish

color．

　　Systematic　joints　are　developed　in　exposures　of

ignimbrite．Joint　planes　are　generally　tightly　closed，but

some　of　them　are　open．Based　on　the　distribution　of

ignimbrites　exposed　just　to　the　downstream　of　the　main

Koka　dam，its　foundation　too　may　be　composed　of　these

ignimbrites．Therefore，rock　mass　condition　on　permeable

properties　is　considered　to　be　relatively　good．

2．Rhyolitic　to　dacitic　lava（trachyte）and　lava　dome

　　The　lavas　distributed　here　are　mainly　rhyolite　to　trachyte．

They　form　small　lava　domes，and　they　show　a　monadnocks

topography．These　rocks　are　highly　vesicular，and　rich　in

Plagioclase　and　quartz　phenocrysts．　Various　kind　of

VOICaniC　rOCkS　are　alSO　eXpOSed　a．10ng　the　Caldera　Wa110f

the　Gedemsa　Caldera．They　are　mostly　rhyolitic　to　dacitic

lava，and　some　portions　are　surge　deposits．The　greenish

welded　tuff　associated　with　Gedemsa　Caldera　was　dated　on

whole　rock　K－Ar　method　gave　about　O．85Ma（Mortonα

α1．，1979）．However，a　fission　track　age　on　glass　of　a　pre－

caldera　unit　gave　a　more　reasonable　age　of　O．21Ma　for　the

Gedemsa　unit（Bigazziαα1．，1993）．

3．Basaltic　rocks

　　Basaltic　rocks　are　mainly　exposed　as　lava（Bofa　Basalt）

along　the　Awash　River，especially　downstream　of　the　Koka

dam　and　around　the　Hippo　hot　spring．It　was　dated　to　O．44－

0．61Ma（Mortonαα1．，1979）．They　include　plagioclase

phenocryst，and　show　dark　gray　and　dark　greenish　gray．

They　may　overly　the　ignimbrites　mentioned　above．Basaltic

lava　is　vesicular，and　slightly　to　moderately　jointed．Top　of

the　lava　is　highly　weathered　in　there．

　　Basaltic　scoria　cones　are　recognized　at　eastem　hills．On

thewall　ofanew　well　attheWo可i　SugarPlantation，it　was

reddish　scoria　layer　below　the　unconsolidated　lacustrine

deposits（alluvial　deposits）．Basaltic　dikes　are　also　observed

along　the　area　of　shoreline．They　intrude　ignimbrite，and

elongate　in　N40。to50。E　with3meters　width　at　l　km　south

ofthe　main　Koka　dam．Several　dykes　with　O．5m　width　and

N20。一30。E　are　also　observed　near　the　sub　dam．Chilled

margin　were　recognized　in　these　exposures．There　may　be

recent　dikes　from　basaltic且ows　of　Melkasa　unit（Damteα

α1．，1992），whose　age　is　younger　than　O2Ma（Mortonα

α1．，1979）．

4．Pumiceous　deposits　and　lacustrine　deposits　of　tuffaceous

　　sandstones　and　mudstones

　　Pumiceous　and　tuffaceous　deposits　are　widely　distributed

here．Some　of　them　are　ash　fall　layers　with　pumices，but

others　are　tuffaceous　sandstones　or　mudstones　formed　as

lacustrine　deposits，and　are　relatively　consolidated．The

latter　are　exposed　around　the　Hippo　Hot　Springs　and　others．

They　appear　to　be　stratigraphically　below　the　ignimbrite　in

some　exposures．Probably，they　may　be　same　age　as　the

pyroclastic　and　volcanic　rocks　mentioned　above．

5．Surficial　sediments

　　Surficial　deposits　distributed　along　rivers　and　low　land．

They　are　divided　into　alluvial　deposits　and　fan　deposits．

Especially，fan　deposits　may　develop　around　the　northem

side　of　the　Hippo　Hot　Spring　and　westem　slope　of　the

Wonji　SugarPlantation．Theyaremainlycomposedofloose

sand，silt，and　gravels．Around　the　shallow　valley，gravelly

deposits　are　observed　in　well　walls．Some　breccias　covering

gentle　slopes　are　recognized　around　the　sub　dam．

Geological　structure　in　the　northeastern　bank　area　of

　　　　　　　　　　　　　　　　　the　reservoir

L　Horst　and　graben　structures　and　faults

　　As　shown　in　Figs．6and7，this　northeastem　bank　area　is

characterized　by　alignment　of　NNE－SSW　trending　faults．

At　least，three　m勾or　faults　are　topographically　recognized

here，and　they　form　horst　and　graben　structures．However，

we　could　not　confinm　their　fault　planes　in　exposures．Based

on　topography，m勾or　faults　show　sense　of　easterly　uplift．

They　are　numbered　F－1，F－2and　F－3from　west　to　east．

One　of　them（F－1），having　an　easterly　sense　of　uplift

elongates　in　NNE－SSW　trend　intersectingjust　upstream　of

the　Koka　dam．The　other　two　faults，F－2and　F－3extend

1．5to2km　east　and4km　east　ofthe　shoreline，respectively

（Fig．7）．Each　blocks　bounded　by　faults　slightly　tilts

eastward．Most　of　strata　also　dip　eastward　almost

concordant　with　the　topography．These　faults　and　blocks

elongate　inNNE－SSWtrends　intersecting　thecourseofthe

Awash　River．

　　Fig．8shows　geologic　sections　in　A－A’and　B－B’1ines　as

shown　in　Fig．7．Rocks　in　this　area　are　mainly　composed　of

ignimbrite，and　small　rhyolitic　lava　caps　the　fo㎜er

partially．Probably，they　dip　eastward　at　low　angles．Based

On　tOpOgraphy　and　diStribUtiOn　Of　lithOfa．CieS　ShOWn　in

Fig．8，vertical　displacements　are　estimated　to　be50－60m　in

F－1andF－2，and70to100minF－3，respectively．Insome

places，we　confirmed　that　strata　dip　steeply　along　these

faults．In　addition　to　these　major　faults，NW－SE　trending

transverse　faults　are　also　estimated　in　individual　blocks．

2．Tectonic　movements　and　river　course　changes

　　Considering　that　the　shorehne　of　the　right　bank　almost

correspondto　the　scarplets　ofthe　NNE－SSW　faults（F－1），

this　depression　domain　of　the　reservoir　might　have　been

fomedbyupliftingandtiltingoffaultblocks．Fig．9shows

122

　　　　Geological　Stmctures　and　Tectonics

aroundthe　KokaReservoir，Northem　Main　Ethiopian　Rift

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Wonji　Sugar　Plantation

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Fig．8．Geologic　sections　ofthe　northeastem　bank　area．

Locations　of　sections　A－A’and　B－B’are　shown　in　Fig．7．

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　　　　　　　　　　　　Fig．9．Lowland　elongating　from　the　sub　dam（earth　dam）．

DottedportionshowstheareabelowEL．1590m（waterlevelofthereservoir）．Arrowsshowtheprobableoldrivercourse　before　uplifting　of　fault　blocks．

ShuichiroYokotaand　SileshiMamoFantaye 123

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig．10．Schematic　image　showing　river　course　change　ofthe　Awash　RiveL

a：Before　faulting，the　old　Awash　River　flows　from　west　to　east．

b：NNE－SSW　faulting　and　uplifting　ofblocks　begin．The　old　nver　course（paleo＿chamel）was　partially　divided　by　uplifting　of　the

　　horst．

c：Fomationofthecun・enthvercourse．d：The　Koka　dam　was　constnlcted　along　the　new　river　course．After　inundation，water　level　increased　and　water　leakage　occurred　along

　　the　old　river　course（paleo－channel）．

the　disthbution　of　the　area　below　the　water　level　of　the

reservoir（EL．1590m）．Although，a　low　elevation　zone

elongates　northeastward　from　the　vicinity　of　the　sub　dam

（Fig．5（d）），this　zone　is　not　same　as　the　graben，and　it　is

rather　obliquely　intersected　by　the　NNE－SSW　trending

horstandgrabenstmct皿es．Conside血gthatupliftingandtilting　of　blocks　have　continued　up　during　the　Quatemary

Period，such　movements　might　have　disturbed　and　shifted

the　river　course．Based　on　topographic　features，a　shallow

hollow　zone　elongating　northeastward　from　the　vicinity　of

the　sub　dam　is　estimated　to　be　an　old　co皿se　of　the　Awash

River．It　elongates　northeastward，but　it　is　partially　divided

by　an　uplifted　horst　mound．

　　On　the　contrary，the　current　river　course　where　the　Koka

dam　was　constructed　represents　the　newer　one．While　the

fomerco皿se　is　shallow　and　characterized　by　remarkably

weathered　rock　mass，the　latter　deep　and　f士esh　by　rapid

dissecting．Based　on　these　topographical　and　geological

characteristics，a　hollow　zone　colTesponding　to　a　paleo－

channel　also　have　become　as　one　of　leakage　paths　as　water

level　rose　after　inundation．A　model　of　the　river　co皿se

shifts　is　schematically　shown　in　Fig．10．

　　The　course　of　the　old　Awash　River　was　divided　by

uplifting　of　a　horst　from　the　downstream，which　was

accompanying　NNE－SSW　faulting　along　the　present　Koka

reservoir．However，ve並ical　displacement　is　not　unifom

along　the　fault　generally．As　a　result，a　new　hver　course

appears　in　northem　side　corresponding　to　the　current　main

dam　site．Fresh　rock　masses　exposed　along　the　newer　river

mouse　may　be　suitable　forconstruction　ofconcrete　dam．

　　After　inundation，a　paleo－channel　might　have　become　a

leakage　path　as　water　level　rose，because　the　shallow　zone　is

remarkably　weathered　with　high　pemeablerock　mass　and

alluvialloosedepositsdisthbutedalongit．Consequently，

the　shallow　zone　corresponding　to　an　old　river　co皿se　might

have　also　become　as　one　of　leakage　paths．However，detail

paths　are　unknown　at　the　present　step．Another　methods　and

efforts　are　necessary　to　dete㎜ine　the　paths　more　precisely．

Conclusions

　　To　obtain　fundamental　info㎜ation　on　paths　of　leakage

waterfromthe　Kokareservoir，topographical　and　geological

conditions　around　it　have　been　　studied．　Results　are

highlighted　as　follows：

（1）The　reservoir　is　located　along　the　Wor“i　Fault　Belt　of

　　　thenorthem　Main　Ethiopian　Rift，and　is　topographically

　　　characterized　by　NNE＿SSW　trending　horst　and　graben

　　　stnlctures　with　distinct　fault　scarplets．

（2）Rhyolitic　ignimbrites　and　various　volcanic　rocks

　　　intercalated　with　pumiceous　and　lacustrine　deposits

　　　since　the　Pliocene　constitute　the　hills　around　the

　　　reservOlr．

（3）These　structures　mentioned　above　intersect　the　course　of

　　　the　Awash　River　flowing　out　ffom　the　reservoir．

（4）A　low　elevation　zone　elongating　northeastward　f士om　the

　　　point3．5km　south　of　the　Koka　dam　was　infe皿ed　to　be

　　　an　old　river　course　（paleo－channe1）　on　the　basis　of

　　　topographical　features．

（5）In　contrast，the　c皿rentriver　course　where　the　Koka　dam

　　　was　constructed　is　newer．

（6）Whilethepaleo－chamel　is　low　elevation　andcomposed

　　　of　highly　weathered　rocks，the　latter　deep　with　f士esh　by

　　　rapid　dissecting．

（7）Based　on　these　features，the　low　elevation　zone　corre－

　　　sponding　to　a　paleo－chamel　might　have　become　one　of

　　　leakage　paths　as　water　level　rose　after　inundation．

Acknowle“gements

　　We　sincerely　thank　Mr．Kurkura　Kabeto　Fello　of　the

graduate　school　of　Shimane　University　for　kindly　help　our

field　surveys　and　discussions　on　tectonics．We　also　would

like　to　thank　Dr．Venkatesh　Ragahvan，Osaka　City　Univ．for

124

　　　　　　　　　GeOlOgiCal　StmCtUreS　a．nd　TeCtOniCS

around　the　KokaReservoir，Northem　Main　Ethiopian　Rift

reading　the　manuscript，in　addition　for　valuable　comments．

Analysis　of　the　satellite　image　of　JERS－1（Fig．4）was

supported　by　DL　Shir中Masumoto　of　Osaka　City　Univ．

Satellite　image　data　used　here　were　supplied　by　the　Remote

Sensing　Data　Center，Tokyo．

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（Received：130ct．2000，Accepted：20Nov．2000）

Shuichiro　Yokotaand　SileshiMamoFantaye 125

（要　旨）

横田修一郎・SiIeshiMAMOFantaye，2000，北部エチオピア主地溝帯，Koka貯水池周辺における地

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　　北部エチオピア主地溝帯に位置するKokaダムとその広大な貯水池はエチオピアにおける灌漑と

　水力発電のための主要な施設である．しかしながら，Kokaダムが1960年に完成して以来，そこで

『は多量の漏水が指摘されてきた．貯水池からの漏水経路に関する基本的情報を得るため，貯水池周

　辺の地形・地質的状態について研究してきた．

　　この貯水池は北部エチオピア主地溝帯のWonji断層帯に位置しており，明瞭な断層崖をもった小

　規模な地累一地溝構造によって特徴づけられている．漏水の可能性が高い貯水池北東側の丘陵では

　この構造はNNE－SSW方向に伸びており，貯水池から流出するAwash川の河道を横断している．鮮

　新世以降の流紋岩質火砕流堆積物や多様な火山岩類が軽石質堆積物や湖成堆積物を挟んでこれらの

　丘陵の岩盤を構成している．それらの地層は緩やかに傾斜し，断層によって部分的に変位されてい

　る．

　　断層ブロックの隆起や傾動が第四紀を通じて継続してきたことを考えれば，そのような構造運動

　は河道を移動させてきたことも考えられる．Kokaダムから約3．5km南の地点から北東方向に伸び

　る低標高のゾーンは地形的特徴から旧河道の1つと推定された．この浅い低標高ゾーンは隆起した

　地累ブロックによって分割されているが，貯水池の東岸から北東方向に伸びている．これに対して，

　Kokaダムが建設された現在の河道は深く，新しいものであろう．前者は著しく風化した岩盤によっ

　て特徴づけられているのに対して，後者は急速な下刻によって新鮮な状態である．このような地形・

　地質的特徴に基づけば，旧河道に相当するこの低標高ゾーンは貯水による水位上昇にとともに漏水

　経路の1つになってきたと考えられる．