Sites d'expulsion de fluide associés à la faille Nord Anatolienne en Mer de Marmara: Une connexion profonde

P Henry, CEREGE / Collège de France, Aix-en-Provence, L Geli, Ifremer, Brest,

T Zitter, ANPE, Aix-en-Provence

• Historique• Objectifs scientifiques et résultats des campagnes Marnaut et

MarmaraVT– Eau, Gaz, Huile - ACI Marmafluides (2004-2007) - INSU– Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS (2006-2008) - Ifremer– Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU

• Réseau d'excellence Européen ESONET (2007-2010)– Marmara-DM : mission de démonstration– Marmesonet : proposition de campagne à la mer

• Elargissement dans le domaine méditerranéen– Relation entre fluides et activité sismique

• Observatoire terre-mer (Yalova).• Couplage avec Corinthe.

– Influence de l'infiltration de l'eau douce sur la stabilité des pentes continentales.

• Périodes de bas niveau marin• Plateau continental étroit

Manifestations d’expulsion de fluide (eau et méthane)

• Exemples en Mer de Marmara - Marmarascarps Cruise

Taches noires Voiles bactériens Croûtes calcaires

QuickTime™ and aDV - PAL decompressorare needed to see this picture.

Emission d’eau saumatreEmission de bulles

QuickTime™ et undécompresseur DV - PAL

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Observations avec le ROV Victor (campagne Marmarascarps)

• La pluspart des escarpements de failles (mais pas tous) ont des sorties de fluide discrètes

• Quelques sites montrent une activité exceptionelle– Expulsion d’eau saumatre– Migration de gas methane dans le sédiment

• Influence possible de sources thermogeniques provenant du basin de Thrace Eocene-Oligocène

Taches noires

Voiles bactériens

Carbonates

Cheminées actives

Observations Victor

Faille

Sources d’eau saumatre à 1200 m de fond

• La Mer de Marmara était un lac pendant la glaciation, les sédiments ont piégé de l’eau douce

• L’eau contenue dans le sédiment migre dans des couches de sable vers la faille et est expulsée au fond de la mer

• Zitter et al. (Deep Sea Research, en ligne, 2008)

couches de sable

sédiments marins

sédiments lacustres

N S1 km

Question posée

• L’expulsion des fluides est-elle influencée par des processus physiques et chimiques se produisant à la profondeur de la zone sismogène ?

• Eléments de réponse après Marnaut– Les sites d’expulsion de gaz sont disposés le long de

structures profondes.– Plusieurs sites présentent des sources de fluide

relativement profondes (pétrole et gaz thermogénique, T>120°C - z>4 km)

• Analyses en cours– Isotopes de l’Helium (CRPG)

• connexion jusqu’au manteau terrestre ?

– Instruments long terme• Relation temporelle entre sismicité et émission de fluide ?

Détection accoustique des émissions de bulles

Mai-Juin 2007 EK60 - Enginremorqué en surface 38 kHz

Septembre 2000 SAR - Engin remorquéprès du fond 112 kHz

QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)

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Longeur de profil (km)

Observations (site/km)

QuickTime™ et undécompresseur MPEG-4 vidéo

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Gas bubble emission sites

EK60 sounder

Nautile Dive 1647Video: ©Ifremer

75 m

From Carton et al. 2007

Sud Cinarcik :-Faille enfouie dans le prolongement de la rupture d'Izmit

From Karabulut et al. 2006

QuickTime™ et undécompresseur H.264

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Nautle Dive 1662

Core KS25Oilemission and gas

hydrate site

Video: ©Ifremer

Lake Marmara source fluid subsequently altered by hydrate formation could be part of the story, and may be needed to explain the low Na in core 14, but cannot account for most of the composition (Mike Tryon, SIO)

seawaterbrine

lake water

Zones d'instabilité (ANR-ISIS)

Ages des grands évènements anciensCinarcik 17.000-20.000 ans (Ozeren et al., 2006)Homogénéite du basin central: 15000-16500 ans

(Beck et al., 2007)Tekirdag 14.000-12.000 ans

Remplissage sédimentaire des canyons: Succession: turbidites, debris flow, drapage

sédimentaireInactivité des canyons sauf N Bassin central et

BosphoreDéstabilisation possible de falaises de sédiment lithifié (Paléozoïque ou Eocène)

Cold seep response to strain

• Correlated fluid pulsing and seismic tremors in the Costa Rica subduction zone (Brown et al., 2005)

OBS + flow meter deployments

Instrumentation long terme : Installation test durant Marnaut

1 Piézomètre3 mois

4 Ocean Bottom Seismometer, 3 mois

7 Débitmètres et échantilloneurs osmotiques,1 an

Transitoires de pression

Thèse JB Tary

Transitoires de pression

Thèse JB Tary

Correspondance transitoires de pression - séismes

Spike : 10/06/07 8:15:13

Séisme : 10/06/07 8:15:47 (ML 3,8 200 km)

Thèse JB Tary

Le projet Marmara DM (DM=Demo Mission)

Institutions Partenaires : Istanbul Technical University, Turkey Dokuz Eylul University, Izmit, Turkey Tubitak MAM, Turkey Ifremer, France Cnrs, France ISMAR, Bologna, Italy INGV, Italy

Objectif : contribuer à l’établissement d’observatoires sous-marins permanents pour la surveillance des risques géologiques (séismes, tsunamis, glissements) en Mer de Marmara dans le cadre du programme ESONET

Funded ressources from EsoNet : 500 k€

•~ 150 k€ marine operations•~ 200 k€ personnel •~ 150 k€ other costs

Marmara DM : Specific Objectives

• 1. To characterize the temporal and spatial relations between fluids and seismic activity in the Sea of Marmara

• 2. To test the relevance of long-term seafloor observatories for an innovative monitoring of earthquake related hazards

• 3. To propose the technological option (cable, buoys, etc) that is the most adapted for the Marmara Sea

• 4. To involve the local authorities in Turkey ; public outreach and education ; fund rising

• 5. Integration of existing resources and integration at EU level

Prochaine Etape : la campagne MarmEsonet (printemps 2009)

Actions proposées :

 1) Détection systématique des sorties de fluide et micro-bathymétrie des sites à l’aide de l’AUV de l’Ifremer équipé dun sondeur EK60 et d’un sondeur multi-faisceaux de type EM-2000

2) Imagerie fine des conduits empruntés par les fluides jusqu’à la surface des sédiments, en un site donné,  à partir du système de sismique 3D HR disponible à l’Ifremer ;

3) Enregistrement couplé en chaque site de la micro-sismicité, des pressions interstitielles et des débits à l’interface eau/sédiment pendant un an. Dans le bassin de Cinarcik, on installera également une station permanente pour la détection acoustique des sorties de bulles.

Sites d'expulsion de fluide associés à la faille Nord Anatolienne en Mer de Marmara: Une connexion profonde

P Henry, CEREGE / Collège de France, Aix-en-Provence, L Geli, Ifremer, Brest,

T Zitter, ANPE, Aix-en-Provence

• Historique• Objectifs scientifiques et résultats des campagnes Marnaut et MarmaraVT

– Eau, Gaz, Huile - ACI Marmafluides (2004-2007) - INSU– Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS (2006-2008) - Ifremer– Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU

• Réseau d'excellence Européen ESONET (2007-2010)– Marmara-DM : mission de démonstration– Marmesonet : proposition de campagne à la mer

• Elargissement dans le domaine méditerranéen– Relation entre fluides et activité sismique

• Observatoire terre-mer (Yalova).• Couplage avec Corinthe.

– Influence de l'infiltration de l'eau douce sur la stabilité des pentes continentales.• Périodes de bas niveau marin• Plateau continental étroit

2007 Meteor Cruise, Achim Kopf, RCOM Bremen

reference slope

headwall

± seawater salinity

salinity ± zero

Project submitted to the FP7 in Feb 2008

(ten countries invloved)

Fmix : 0

Fatm: 9,3 - 9,7

Fchanel: 2

Fdiff

5,4 - 9,7FSGD

Fdecay:

11,7 - 13,2

FRa: 2,3 - 2,6

222Rn budgetIn the Vaccares lagoonOllivier et al , Marine chem, 2007

226Ra et 228Ra par TIMS

Rosas gulf

Minorca island-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

9031/10/2005 12:00 01/11/2005 00:00 01/11/2005 12:00 02/11/2005 00:00 02/11/2005 12:00 03/11/2005 00:00 03/11/2005 12:00

52.5

53.0

53.5

54.0

54.5

55.0

55.5

56.0

56.5

57.0

rad7 #1

rad7 #2

rad7 COMBO

h maree (cm) CHIOGGIA

mS/cm

Bq/m3 Rn(H2O)et cm maree

mS/cm

STAZIONE IDROBIOLOGICA DI CHIOGGIA - 31 OCTOBRE - 3 NOVEMBRE 2005

A. Mayer J Gattacecca 2006

Sediment

Water column

Venice lagoon