Relations entre fluides et sismicité dans le domaine sous-marin à partir de sismographes de fond de mer : étude de cas en mer de Marmara et application au delta du Niger

Case studies on fluids and seismicity in submarine environments based on Ocean Bottom Seismometers (OBS) recordings from the Sea of Marmara and application to the Niger Delta

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Tary
• Direction : Louis Géli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géologie sous-marine

Sismométrie

Marmara, Mer de (Turquie)

Niger, Delta du (Nigeria)

Mots clés libres

Sismicité

Risques naturels

Mer de Marmara

Faille

Obss

Delta du Niger

Résumé

Le présent travail de thèse aborde la question du couplage entre fluides et déformation en milieu sous-marin, un sujet d’importance dan le domaine des risques, naturels ou industriels. Trois études de cas sont présentées les deux premières concernent la Mer de Marmara en Turquie, une zone fortement exposée au risque sismique, du fait de la proximité de la Faille Nord-Anatolienne ; la troisième concerne une zone pétrolifère offshore, sur la pente continentale du delta profond du Niger. La première étude de cas en Mer de Marmara porte sur l’activité micro-sismique qui caractérise l’escarpement ouest du Bassin de Tekirdag. Notre étude montre que la déformation contribue à maintenir des perméabilités élevées associées au réseau de failles sous l’escarpement, ce qui permet aux fluides de remonter des réservoirs gaziers du Bassin de Thrace jusqu’à la surface. La deuxième étude de cas porte sur des micro-évènements enregistrés par les OBSs, non sismiques, de courtes durées, et caractérisés par des fréquences comprises entre 10 et 30 Hz. Notre étude montre que ces micro-évènements sont liés à des expulsions de gaz. Les OBS fournissent donc des informations inattendues pour l’étude des processus de dégazage naturel en fond de mer. La troisième étude de cas, sur la pente continentale du Nigeria, démontre que la combinaison de piézomètres et d’OBS voisins en fond de mer permet de suivre l’évolution des phases d’accumulation et de vidange de gaz dans les sédiments superficiels. La détection et la surveillance des phénomènes de dégazage naturel en fond de mer est d’une importance qui pourrait s’avérer critique dans les zones d’exploitation pétrolière en domaine offshore.

The present work addresses the issue on fluids and deformation coupling in marine environments, a subject of crucial importance for natural (e. G. Earthquakes, landslides) and industrial (e. G. Stability of drilling platforms) hazards. Three case studies are presented: the fir two concern the Sea of Marmara (Turkey), an area highly exposed to earthquake hazards due to its proximity to a seismic gap along the North Anatolian Fault; the third concerns an oilfield area situated on the continental slope offshore Nigeria, in the eastern part of the deep water Niger Delta. The first case study in the Sea of Marmara concerns the microseismic activity below the western escarpment of the Tekirdag Basin, Our work shows that the tectonic activity in this area contributes to maintain a high permeability in the fault system, enabling fluids, likely related to the oilfields present in the Thrace Basin, to rise up to the seabed. The second case study addresses the question of the origin of non-seismic signals recorded by the OBSs (Ocean Bottom Seismometers) These signals, called micro-events, are characterized by frequency contents between 10 and 30 Hz and short durations (mainly between 200 and 600 msec). Our work shows that these micro-events are related to gas escape on the seafloor. Hence, OBSs provide unexpected information on degassing processes in the upper sediments. The third case study, located on the deep-water Niger Delta, reveals that the combination of closely spaced piezometers and OBSs enables to follow the evolution of gas accumulation and release in superficial sediments, a critical issue for mitigating gas-related geohazards during oil extraction activities offshore.