R.D. Hyndman
(avec G.D. Spence, R. Chapman, T. Yuan, SEOS, Université de Victoria)

Figure 1: The area on the continental slope off Vancouver Island (lined area), along with the locations of the multichannel seismic lines defining the BSR. The ODP drill sites, the detailed single channel seismic reflection survey and the detailed thermal data are within the "detailed study area".Figure 1: La zone sur le talus continental au large de l'île de Vancouver (zone rayée) ainsi que les emplacements des lignes sismiques multicanal définissant le RSF. Les sites de sondage de l'ODP, le sondage détaillé de réflexion sismique monocanal et les données thermiques détaillées se trouvent à l'intérieur de la « zone d'étude détaillée ». image agrandie [GIF, 127.6 ko, 647 X 335, avis]

Figure 2: Une section de réflexion sismique multicanal en travers des sites 889/890 de l'ODP au milieu du talus continental au large de l'île de Vancouver montrant le fort réflecteur de simulation du fond (RSF). image agrandie [GIF, 74.4 ko, 406 X 229, avis]

Des données globales sur les hydrates de gaz logés sous les grands fonds océaniques ont été recueillies dans le nord de la zone de subduction de Cascadia le long de la côte ouest de l'île de Vancouver, dans le cadre notamment d'études faisant appel à différentes techniques sismiques (1) et utilisant des trous de sondage du Programme de sondage des fonds marins (site 889/890) (2). Le réflecteur de simulation du fond qui marque la base du champ de stabilité des hydrates, cartographié en utilisant des données sismiques multicanal et monocanal est habituellement présent dans une bande de 30 km de largeur sous le talus médiocontinental (1) (figure 2 et figure 3).

Les concentrations les plus élevées d'hydrates s'étendent sous les anticlinaux du prisme sédimentaire d'accrétion plissé (3). Le gaz contenu dans les carottes de sondage est principalement du méthane biogène (2). Le méthane semble avoir été formé dans les sédiments au-delà de plusieurs kilomètres de profondeur et avoir été expulsé vers le haut jusqu'au champ de stabilité des hydrates par les fluides associés à l'épaississement tectonique des sédiments (4) (figure 3).

Figure 3: Modèle d'expulsion des fluides tectoniques qui concentre le méthane vers le haut dans la couche d'hydrates au-dessus du RSF. image agrandie [GIF, 67.5 ko, 472 X 270, avis]

Le réflecteur de simulation du fond (RSF) correspond au contraste d'impédance entre les concentrations d'hydrates haute vitesse dans les vides interstitiels au-dessus du RSF et une couche de gaz faible vitesse sous-jacente. Le RSF représente généralement une simple impulsion symétrique sur un intervalle de fréquences émettrices (3,5) (p. ex. figure 4). On n'observe aucune réflexion au sommet de la couche des hydrates ou de la base des gaz sous- jacente. Ces limites sont donc interprétées comme graduelles (figure 5). Au site du Programme de sondage des fonds marins, le contraste d'impédance est d'environ 2/3 à cause de l'augmentation de la vitesse des hydrates et de 1/3 à cause de la diminution de la vitesse des gaz libres sous-jacents. Les résultats de modélisation sismique et multicanal de l'amplitude vs décalage indiquent que le coefficient de Poisson n'est pas significativement réduit par le gaz.

Figure 4: Exemple d'un fort RSF des hydrates de gaz à la marge de la partie sud de l'île de Vancouver (à l'intérieur de la zone d'étude décrite au point 1). image agrandie [GIF, 169.2 ko, 382 X 479, avis]

D'après ce résultat et la vitesse enregistrée sous le RSF dans le profil sismique vertical établi par sondage (6), la concentration de gaz libre doit être inférieure à quelques pourcentages. La coupe sédimentaire est relativement homogène (sur une longueur d'onde sismique) et le profil vitesse-profondeur de référence critique représentant une absence d'hydrate et de gaz a été établi à partir d'une extrapolation ascendante des données sur les vitesses multicanal dans l'intervalle plus profond (7) (figure 6). Sur une échelle de longueur d'onde sismique, le données provenant de profondeurs plus grandes affichent une simple hausse de la vitesse avec la profondeur due à une augmentation de la consolidation et à une baisse de la porosité dans les sédiments turbiditiques principalement clastiques. Au-dessus du RSF au site du PSFM, les vitesses indiquées dans l'intervalle MCS (7), les diagraphies (2) et un profil sismique vertical par sondage concordent. La vitesse causée par la présence d'hydrates augemente vers le bas, entre le fond océanique et tout juste au-dessus du RSF, où elle atteint environ 1800 m/s comparativement à une vitesse de référence d'environ 1650 m/s (figure 7). La couche sous-jacente de gaz libre faible vitesse est mince et ne peut être détectée que dans les données du PSM et la modélisation en trace galvanométrique. Elle donne une vitesse minimale d'environ 1470 m/s.

Figure 5: Modèle simple pour le RSF des hydrates de gaz. La réflexion est une simple impulsion symétrique qui ne montre aucune réflexion au sommet de la couche des hydrates ou de la base de la couche des gaz. On considère que ces deux couches ont des limites graduelles. image agrandie [GIF, 51.2 ko, 369 X 379, avis]

La concentration des hydrates a été évaluée à partir de la diagraphie multicanal et les vitesses du PSV en utilisant plusieurs modèles de l'augmentation de la vitesse en fonction de la concentration des hydrates (8). Au site du PSFM, on estime que la concentration augmente avec la profondeur jusqu'à un maximum de 20 % de l'espace interstitiel (~10 % de sédiments) juste au-dessus du RSF (figure 7b). Une concentration semblable a été estimée à partir d'une simple interprétation par dissociation des hydrates de la faible chlorinité du fluide interstitiel dans les carottes du PSFM (figure 7c).

Figure 6: Données vitesse-profondeur pour les sites 899/890 de l'ODP de la marge de l'île de Vancouver obtenues à partir de données sismiques multicanal. image agrandie [GIF, 60.9 ko, 405 X 541, avis]

Les hydrates dans le talus continental contiennent une très grande quantité de méthane; au site du PSFM, elle est d'environ 1 x 109 m³/km² (au RSF). Du méthane est également contenu dans le gaz libre piégé dans les couches sous- jacentes. La concentration de gaz libre est difficile à déterminer étant donné que la vitesse n'est pas modifiée par la concentration du gaz lorsqu'elle ne dépasse pas quelques pourcentages. Cependant, la couche de gaz libre contient probablement beaucoup moins de méthane que les hydrates sus-jacents. Si la concentration estimée des hydrates au site du PSFM est considérée représentative des zones du talus continental au large de l'île de Vancouver là où l'on observe un RSF marqué (30 km sur 200 km), le volume de gaz total est de quelque 1013 m³ (350 Tcf). Cette quantité représente des réserves de 200 ans pour le Canada en se basant sur la consommation actuelle de gaz naturel. Les données acquises à plusieurs autres zones de subduction indiquent que cette concentration de méthane dans les hydrates pourraient se retrouver dans de nombreux grands prismes d'accrétion clastiques du monde entier.

Figure 7: Données vitesse-profondeur pour les sites 899/890 de l'ODP de la marge de l'île de Vancouver obtenues à partir de données sismiques multicanal, de diagraphies et du profil sismique vertical par sondage. Noter le profil vitesse-profondeur bien défini représentant une absence d'hydrate et de gaz établi à partir des données sur les vitesses multicanal dans l'intervalle plus profond (5). Concentration des hydrates de gaz (% du vide interstitiel) comme une fonction de la profondeur à partir des données sur les vitesses. Concentration des hydrates de gaz (% du vide interstitiel) comme une fonction de la profondeur à partir d'une simple interprétation des données sur la chlorinité des fluides interstitiels. image agrandie [GIF, 102.6 ko, 647 X 356, avis]

Le RSF au site 889/890 du PSFM (profondeur d'eau de 1 300 m) se situe à une profondeur sub-océanique de quelque 230 m. La température est légèrement plus basse que la base du champ de stabilité des hydrates de l'eau de mer et du méthane selon les mesures faites en laboratoire tout en demeurant en deçà du degré d'incertitude. Une compilation des données sur les températures et les pressions en fonction de la profondeur par les programmes DSDP/PSFM s'appliquant aux RSF est affichée à la figure 8. Aucune des données n'est idéale; pour la plupart des points, il est nécessaire d'exécuter une certaine extrapolation sinon on observe des effets perturbateurs se traduisant par un degré d'incertitude de 2° C. Comme prévu, la plupart des points ne dépassent pas les incertitudes du champ de stabilité du méthane pur de l'eau de mer. Cependant, il subsiste des différences inexpliquées.

Figure 8: Compilation des données température-pression de RSF obtenues depuis les trous de sonde des programmes DSDP/ODP comparées aux données P-T des champs de stabilité de laboratoire. image agrandie [GIF, 66.3 ko, 387 X 465, avis]

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