Repeated fluid expulsions during events of rapid sea-level rise in the Gulf of Lion, western Mediterranean Sea

Expulsions cycliques de fluides liées à la montée rapide du niveau marin dans le Golfe du Lion, Méditerranée occidentale

¹ Géosciences Montpellier, université de Montpellier, 2, place Eugène-Bataillon, 34095 Montpellier, France
² EPOC, université de Bordeaux, Site de Talence, 33615 Pessac, France
³ Consulting, 9, rue O'Quin, 64000 Pau, France
⁴ IFREMER-EDROME, Géosciences Marines, 29280 Plouzané, France
⁵ IFREMER, Géosciences Marines, 29280 Plouzané, France

^* Corresponding author: aurelien.gay@gm.univ-montp2.fr

Abstract

Based on a High-Resolution 3D seismic block acquired in the Gulf of Lion in 2004–2005 we investigated fluid pipes and pockmarks on the top of the interfluve between the Hérault canyon and the Bourcart canyon both created by turbidity currents and gravity flows from the shelf to the deep basin in the north-western Mediterranean Sea. Combining the geometry of the potential fluid pipes with the induced deformation of surrounding sediments leads then to the ability to differentiate between potential fluid sources (root vs source) and to better estimate the triggering mechanisms (allochtonous vs. autochtonous cause). We linked together a set of derived attributes, such as Chaos and RMS amplitude, to a 3D description of pipes along which fluids may migrate. As previously shown in other basins, the induced deformation, creating cone in cone or V-shaped structures, may develop in response to the fluid pipe propagation in unconsolidated sediments in the near surface. The level at the top of a cone structure is diachronous. It means that stratigraphic levels over this surface are deformed at the end of the migration. They collapse forming a depression called a pockmark. These pipes are the result of repeated cycles of fluid expulsion that might be correlated with rapid sea-level rise instead of sediment loading. The most recent event (MIS 2.2 stage) has led to the formation of a pockmark on the modern seafloor. It has been used as a reference for calculating the effect of a rapid sea-level rise on fluid expulsion. As all physical and geometrical parameters are constrained, we were able to define that a + 34 m of sea level rise may account for triggering fluid expulsion from a very shallow silty-sandy layer at 9 m below seafloor since the last glacial stage. This value is consistent with a sea level rise of about 102 m during this period. This study shows that the episodic nature of fluid release resulted from hydromechanical processes during sea-level rise due to the interactivity between high pressure regimes and principal in situ stresses.

Résumé

À partir de données de sismique 3D Haute Résolution acquises dans le Golfe du Lion en 2004–2005, nous avons étudié des conduits de migration de fluides et des pockmarks à l'interfluve entre le canyon de l'Hérault et le canyon Bourcart, tous deux créés par des courants gravitaires et de turbidité actifs depuis la plateforme vers le bassin profond au Nord-Ouest de la Méditerranée. C'est en combinant la géométrie des conduits de migration de fluides avec les déformations induites des sédiments hôtes qu'il a été possible de discriminer l'origine de la déformation de l'origine des fluides et ainsi de mieux comprendre les paramètres déclencheurs (causes allochtones vs. autochtones). L'utilisation d'un panel d'attributs sismiques, comme le Chaos ou l'amplitude RMS, permet tout d'abord de définir en trois dimensions l'architecture des zones de migration de fluides. Comme cela a déjà été montré dans d'autres bassins à travers le monde, la propagation d'un conduit de fluides à travers des sédiments non consolidés dans les premières centaines de mètres sous le fond de la mer crée des structures verticales en V appelées déformations en cône dont la pointe représente le point d'initiation. Cette déformation conique est donc diachrone des niveaux stratigraphiques affectés et le dernier niveau, qui ensuite collapse et forme un pockmark, marque ainsi la fin de la propagation et non pas son initiation. Il est donc possible de dater le début des expulsions. Dans la zone d'étude ces conduits de migration sont donc le résultat d'expulsions répétées de fluides qui empilent plus ou moins verticalement des cônes. Un pockmark actuel, créé durant la dernière remontée du niveau marin (MIS 2.2) et dernier niveau d'un cône issu d'une série de sept cônes successifs, a été étudié en détail et utilisé comme référence. Nous avons ainsi établi qu'une remontée rapide du niveau marin de + 34 m est probablement la cause de la dernière expulsion de fluides dont l'origine se situe dans un niveau réservoir silto-sableux enfoui à 9 m sous le fond de la mer. Une telle remontée est compatible avec les 102 m de remontée du niveau marin relatif estimés par ailleurs dans la zone depuis le dernier maximum glaciaire. Cette étude montre ainsi que l'expulsion de fluides sur le fond de la mer est un processus non continu qui peut être réactivé régulièrement sous certaines conditions hydromécaniques lors des remontées du niveau marin.