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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,

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2 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 ( ) - INSU –Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS ( ) - Ifremer –Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU Réseau d'excellence Européen ESONET ( ) –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

3 Manifestations dexpulsion de fluide (eau et méthane) Exemples en Mer de Marmara - Marmarascarps Cruise Taches noiresVoiles bactériens Croûtes calcaires Emission deau saumatre Emission de bulles

4 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 deau 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

5 Sources deau saumatre à 1200 m de fond La Mer de Marmara était un lac pendant la glaciation, les sédiments ont piégé de leau douce Leau 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 S 1 km

6 Question posée Lexpulsion 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 dexpulsion 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 lHelium (CRPG) connexion jusquau manteau terrestre ? –Instruments long terme Relation temporelle entre sismicité et émission de fluide ?

7 Détection accoustique des émissions de bulles Mai-Juin 2007 EK60 - Engin remorqué en surface 38 kHz Septembre 2000 SAR - Engin remorqué près du fond 112 kHz Longeur de profil (km) Observations (site/km)

8 Gas bubble emission sites EK60 sounder Nautile Dive 1647 Video: ©Ifremer

9 75 m From Carton et al Sud Cinarcik : -Faille enfouie dans le prolongement de la rupture d'Izmit From Karabulut et al. 2006

10 Nautle Dive 1662 Core KS25 Oil emission and gas hydrate site Video: ©Ifremer

11 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) seawater brine lake water

12 Zones d'instabilité (ANR-ISIS) Ages des grands évènements anciens Cinarcik ans (Ozeren et al., 2006) Homogénéite du basin central: ans (Beck et al., 2007) Tekirdag ans Remplissage sédimentaire des canyons: Succession: turbidites, debris flow, drapage sédimentaire Inactivité des canyons sauf N Bassin central et Bosphore Déstabilisation possible de falaises de sédiment lithifié (Paléozoïque ou Eocène)

13 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

14 Instrumentation long terme : Installation test durant Marnaut 1 Piézomètre 3 mois 4 Ocean Bottom Seismometer, 3 mois 7 Débitmètres et échantilloneurs osmotiques, 1 an

15 Transitoires de pression Thèse JB Tary

16 Transitoires de pression Thèse JB Tary

17 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

18 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 létablissement dobservatoires 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

19 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

20 Prochaine Etape : la campagne MarmEsonet (printemps 2009) Actions proposées : 1) Détection systématique des sorties de fluide et micro-bathymétrie des sites à laide de lAUV de lIfremer équipé dun sondeur EK60 et dun sondeur multi-faisceaux de type EM ) Imagerie fine des conduits empruntés par les fluides jusquà la surface des sédiments, en un site donné, à partir du système de sismique 3D HR disponible à lIfremer ; 3) Enregistrement couplé en chaque site de la micro-sismicité, des pressions interstitielles et des débits à linterface eau/sédiment pendant un an. Dans le bassin de Cinarcik, on installera également une station permanente pour la détection acoustique des sorties de bulles.

21 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 ( ) - INSU –Zones d'instabilités et tsunamis - ANR ISIS ( ) - Ifremer –Tests d'instrumentation long terme - Ifremer - CGG - Scripps - ITU Réseau d'excellence Européen ESONET ( ) –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

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23 2007 Meteor Cruise, Achim Kopf, RCOM Bremen reference slope headwall ± seawater salinity salinity ± zero

24 Project submitted to the FP7 in Feb 2008 (ten countries invloved)

25 F mix : 0 F atm : 9,3 - 9,7 F chanel : 2 F diff 5,4 - 9,7 F SGD F decay: 11,7 - 13,2 F Ra: 2,3 - 2,6 222 Rn budget In the Vaccares lagoon Ollivier et al, Marine chem, Ra et 228 Ra par TIMS Rosas gulf Minorca island A. Mayer J Gattacecca 2006 Sediment Water column Venice lagoon


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