Etudes pétrographique et géochimique des échappements de fluides du Bassin de la Côte Est de l’île nord de Nouvelle-Zélande et modélisation de la lithosphère

par Mikael Sabin

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers - Cergy

Sous la direction de Béatrice Ledesert et de Hermann Zeyen.

Le jury était composé de Philippe Huchon, Siegfried Lallemant, Danièle Bartier, Frank Chanier, Béatrice Ledesert.

Les rapporteurs étaient Jacky Ferrière, Michel Diament.


  • Résumé

    En 2004 et 2007, neuf structures d'échappements de fluides (SEF), constituées de volcans de boue (VdB), d'évents de gaz (GS, gas seeps en anglais) et/ou de sources, ont été échantillonnées dans la partie émergée du Bassin de la Côte Est (BCE) de l'île nord de la Nouvelle-Zélande.L'étude granulométrique indique que la boue émise par les VdB, les roches encaissantes et les niveaux de décollement voisins sont composés d'argiles et de silts en majorité. L'étude de la fraction argileuse et de la roche totale par diffraction des rayons X (DRX) a révélé de nombreuses similitudes. Les volcans de boue, les roches encaissantes et les niveaux de décollement présentent ainsi le même assemblage minéralogique, à savoir smectite, illite, chlorite, kaolinite, quartz et feldspaths. Les proportions sont variables d'un échantillon à un autre mais le couple smectite-illite est toujours majoritaire.L'étude géochimique de la fraction solide indique que les échantillons sont riches en Si02, pauvres en Fe2O3, MgO, MnO et en alcalins, à quelques exceptions près. La composition en éléments majeurs s'organise entre un pôle argileux alcalin et un pôle carbonaté. Les spectres de terres rares sont similaires et caractéristiques des argiles ; Ils présentent également un faible degré de fractionnement, lié à la formation des carbonates. Ce sont donc les mêmes minéraux qui contrôlent la chimie des échantillons.L'étude géochimique de la phase liquide montre que l'eau impliquée dans les volcans de boue est d'origine marine essentiellement, et des réactions eau/roche similaires, notamment l'altération de smectite en illite. Cette étude a permis aussi d'obtenir une estimation de la température d'équilibre, comprise entre 60 et 110°C, impliquant une profondeur d'origine de 2 à 3 km, voire plus.L'étude géophysique indique qu'à l'aplomb des VdB et des deux sources chaudes étudiés, la croûte continentale a sensiblement la même épaisseur et que la profondeur de la croûte océanique en subduction avoisine les 20 km. A cette profondeur, la fusion de la péridotite n'est pas possible et la fusion résultante de la croûte continentale, responsable du volcanisme d'arc, non plus. Le gradient géothermique mesuré à TePuia est donc influencé par un autre phénomène, mais la modélisation de la lithosphère ne nous a pas permis de trouver lequel.Ces différentes études mettent en évidence des caractéristiques géochimiques, pétrographiques et minéralogiques communes aux volcans de boue de Nouvelle-Zélande. Les fluides impliqués dans ces structures proviendraient donc d'un même niveau source, recouvert du même assemblage sédimentaire. L'étude géophysique ne nous apporte aucune information à ce sujet mais permet cependant d'établir avec certitude que le régime thermique est le même du Nord de Hawke's Bay au Sud du BCE ; la région de TePuia est un cas particulier, peut-être influencée par le complexe volcanique de Matakaoa.

  • Titre traduit

    Petrographical and geochemical studies of fluid vents from the East Coast Basin of the north island of New Zealand and modeling of the lithosphere


  • Résumé

    In 2004 and 2007, nine areas of fluids escapes structures (FES) with mud volcanoes (MVs), gas seeps (GSs) and springs, were sampled in the East Coast Basin (ECB) emerged part of New Zealand's north island.The grain size study indicates that the mud emitted by MVs, like surrounding rocks and decollement layers in the vicinity, is mainly composed of clays and silts. Clay fraction and whole rock XRD study revealed many similarities. Mud volcanoes, surrounding rocks and decollement layers have exactly the same mineral assemblage, i.e. smectite/illite, chlorite, kaolinite, quartz and feldspars. The proportions vary from one sample to another but the couple smectite/illite is always majority.The geochemical study of the solid fraction indicates that the samples are rich in Si02, low in Fe2O3, MgO, MnO and alkaline, with a few exceptions. The major element composition is organized between a pole and a pole clay alkaline carbonate. The REE patterns are similar and characteristics of clays They also have a low degree of fractionation, due to the formation of carbonates. So these are the same minerals that control the chemistry of samples.The liquid phase geochemical study shows that water involved in the MVs is mainly of marine origin, that water/rock reactions are similar, including weathering of illite in smectite, allowed us to obtain an estimate of the water equilibrium temperature between 60 and 110°C, implying an origin depth of 2-3 km.The geophysical study indicates that directly above the MVs and the two hot springs studied, the continental crust has substantially the same thickness and the depth of the subducting oceanic crust is around 20 km. At this depth, the melting of the peridotite is not possible and the resulting fusion of continental crust, responsible of arc volcanism, neither. The geothermal gradient measured at TePuia is influenced by another phenomenon, but the modeling of the lithosphere does not allow us to find which one.These studies show geochemical, petrographical and mineralogical characteristics common to mud volcanoes in New Zealand. Fluids involved in these structures therefore come from the same parent bed, covered with the same sedimentary package. The geophysical study gives us no information about it but nevertheless allows us to establish with certainty that the thermal regime is the same from Northern Hawke's Bay to the south of the ECB; TePuia region is a special case, perhaps influenced by the Matakaoa volcanic complex.


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