Application des terres rares et de la datation U/Th à l'étude des carbonates authigènes de suintements froids : exemple du delta profond du Niger

par Emmanuelle Rongemaille

Thèse de doctorat en Chimie marine

Sous la direction de Catherine Pierre.

Soutenue en 2011

à Brest .

mots clés

• Suintements froids
• Delta du Niger
• Carbonate authigène
• Aom
• D13C et d18O
• Terres rares
• Fractionnement REE
• Deltas -- Nigeria
• Océanographie chimique

Résumé

Les zones de suintements froids sont le siège d’expulsions actives de fluides enrichis en méthane auxquels sont associées d’abondantes précipitations de carbonates authigènes. Dans le but de mieux contraindre l'origine et la composition de ces sorties de fluides, cette thèse présente les résultats 7Sr/86Srd'études minéralogique, isotopiques (d13c, d18O et 87Sr/86Sr) et géochimiques (terres rares, U/Th) réalisées sur des carbonates authigènes provenant de différentes sorties de fluides (volcan de boue, diapir, pockmark) du delta profond du Niger. Les valeurs de d18O des carbonates authigènes indiquent que certains ont précipité en équilibre isotopique avec l'eau de fond actuelle alors que d'autres présentent des valeurs qui sont très éloignées de l'équilibre isotopique avec l'eau de fond. Les valeurs de d13C suggèrent diverses contributions de fluides caractérisés par des signatures de d13C distinctes. La composition isotopique du Strontium révèle aussi diverses contributions de fluides. Les spectres de terres rares ressemblent aux spectres obtenus à partir des sédiments marins de sub-surface anoxiques pour l'aragoite. Les calcites magnésiennes et dolomites montrent une gamme de spectres importante au niveau des terres rares lourdes. La composition des terres rares dans les carbonates est contrôlée par : le fluide et l'alcalinité. Les résultats expérimentaux montrent qu'il n'y a pas de fractionnement pendant la précipitation de l'aragonite et de la calcite, mais que le magnésium et la température jouent un rôle dans l'incorporation des terres rares. Les données U/Th montrent que le pockmark est actif depuis au moins 8000 ans et qu'il y a eu un enfoncement de la SMI.

Titre traduit

Application of rare earth elements and dating U/Th to study of authigenic carbonates from cold seep : example from Niger Delta

Résumé

Cold seeps are common features which correspond to localized sites for methane-rich fluid release. Fluid expulsions are generally associated with abundant precipitation of authigenic carbonates. In order to better constrain fluid origin and composition, this PhD presents the results of mineralogical, isotopic (d13C, d18O and 87Sr/86Sr) and geochemistry (REE) studies on authigenic carbonates from various fluid-venting features (mud volcano, diapir, and cold seep) of the Niger Delta. The d18O values of authigenic carbonates indicate that some precipitated in isotopic equilibrium with present day bottom water conditions, while others have values that are very far from the equilibrium with present day bottom water conditions. The d13C values suggest different contributions of fluids characteriez by distinct d13C signatures. The isotopic composition of strontium also reveals diverse contribution of fluids. Aragonite concretions exhibited very similar shale-normalized REE patterns that closely resembled those of anoxic pore-water in sub-surface marin sediments. The magnesian and dolomite concretions displayed a wide range of HREE patterns. Our results showed that the REE composition of carbonates controlled by the fluid composition and by changes of alkalinity. Experimental results show that there is no fractionation during the precipitation of aragonite and calcite, but as magnesium and temperature play a role in the incorporation of rare earths. Data U/Th show that pockmark is active since at least 8000 years and ther has been a recent sinking of the SMI.