Relations entre fluides et déformations dans le prisme d'accrétion de Nankai

par Sylvain Bourlange

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Sciences de la terre

Sous la direction de Pierre Henry.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .

mots clés

• Résistivité
• Forage océanique
• Ondes de pression
• Tectonique -- Subduction
• Roches, Mécanique des -- Roches -- Déformation -- Lithosphère -- Japon
• Mécanique des fluides

Résumé

Ce travail s'appuie sur les résultats des deux campagnes de forage du Leg Ocean Drilling Program 190 et 196. L'étude des relations entre la mise en place de déformations et les circulations de fluides est plus particulièrement centrée sur le décollement, au front du prisme. Nous présentons d'abord une estimation de la surpression de fluides dans les formations sédimentaires autour du décollement à partir de l'étude des profils de porosité. Ceci nous permet de montrer que le décollement n'est pas une barrière pour les surpressions de fluides et de proposer que le saut de porosité au niveau du décollement résulte d'une discontinuité de l'état de contrainte au travers du décollement. Nous étudions ensuite l'anomalie de chlorinité présente dans les fluides interstitiels de la formation dans laquelle se développe le décollement. On peut rendre compte de cette anomalie en ne considérant que les processus de compaction des argiles et de transformation des smectites en illites. Par ailleurs, nous avons mesuré la perméabilité d'échantillons du prisme sous contraintes avec une presse triaxiale, nécessaire pour la réalisation de simulations numériques de circulation de fluides. Les perméabilités mesurées sont comprises entre 10^(-18) et 10^(-19) m^2. Nous comparons les mesures de porosité des échantillons et la porosité calculée dans la formation in situ à partir d'un log de résistivité. Cela nous permet de montrer que la zone de décollement présente à la fois des déformations compactantes et dilatantes. Nous estimons la dilatance de fracture du décollement entre 2 et 8 %, et nous proposons un modèle incrémentiel de propagation du décollement par couplage hydromécanique. Enfin, nous présentons une étude numérique en 2D de la propagation d'ondes de surpression de fluide le long du décollement en supposant que la perméabilité dépend de la pression effective. Les ondes peuvent se propager rapidement le long du décollement.

Titre traduit

Relationships between fluids and deformations in Nankai accretionary wedge

Résumé

This work is based on the results of the two recent 190 and 196 Ocean Drilling Program Legs. We center our study of the relationships between the onset of strains and fluid circulation in the decollement at the toe of the wedge. We first present an estimation of the fluid pressure in the formations above and below the decollement, from the study of the core measured porosity. It shows that the decollement is not a barrier for the fluid pressure, and we propose that the porosity discontinuity at the decollement is the result of a discontinuity of the Stress state across the decollement. Then, we study the fluid chlorinity anomaly in the Shikoku Basin around the décollement. We show that this anomaly can be explained by clay compaction and smectite to illite transformation. We have also realized permeability measurements on wedge samples under Stress with a triaxial press. These measurements are necessary to realize numerical simulations of the fluid circulation in the wedge. The measured permeabilities range between 10^(-18) and 10^(-19) m^2. Samples rupture induces a permeability increase at low confining stress, but no permeability modification at a confining stress corresponding to the sample in-situ vertical stress. Next, we present a comparison of the core measured porosity and the porosity of the formation calculated from a resistivity log. We show that the decollement zone presents both compactive and dilatant strain structures. We estimate the fractures dilatancy of the decollement zone between 2 and 8 %. We propose an incremental model of decollement propagation coupling episodic fluid pressure transfer and mechanical deformation at the tip of the decollement. Finally, we present a 2D numerical study of the fluid pressure solitary , wave propagation along the decollement, supposing an effective pressure dependant permeability in the decollement zone. We show that the pressure waves can propagate rapidly along the decollement.