Recent sedimentation of organic matter along the SE Atlantic Margin : A key for understanding deep offshore petroleum source rocks.

Classical views for the deposition of organic-rich sediments in deep-sea environments invoke two principal types of oceanographic and sedimentologic settings. The first is confined basins in which stratified oxygen depleted waters lead to anoxic preservation of organic matter in the water column and in underlying sediments (Demaison and Moore, 1980). The second is an open ocean setting where the episodic mass transfers due to slope sediment instability lead to the rapid burial of outer-shelf and upper slope-derived organic matter and its consequent preservation due to limited oxic or anoxic degradation (Stow, 1987). Other studies have shown, however, that organic matter in modern deep-sea sediments may occur in high amounts where oxygen is not significantly depleted (Pedersen and Calvert, 1990). Recent studies have demonstrated that highly biological productive areas, such as the upwelling zones associated to the Benguela Current in S-E Atlantic, may deliver sufficient quantity of organic material to (1) outbalance the degradative capacity of the water column and (2) sustain the formation of organic-rich sediments even in deep and oxygenated conditions (Bertrand et al., 2003). It appears that the S-E Atlantic margins provide a good example for revisiting the sedimentology of organic matter in deep water environments in the frame of the GDR Marges Continentales. This may have important implications for a better understanding of the distribution of ancient source rocks in deep offshore petroleum systems (Huc et al., 2001; Bertrand et al., 2003)

Sédimentation organique profonde associée au système d'upwelling du courant du Benguela (Atlantique Sud-Est).<br />Facteurs de contrôle à l'échelle de la marge au cours du Quaternaire

The Atlantic southeastern deep margin is characterized by a very significant accumulation of organic carbonduring the last climatic cycles: the contents are among the highest of the world for deep oceanic sediments (from 5 to 18-20% at 1000m depth, from 0.5% to 8% at 3500m depth). These accumulations are related to the intense activity of upwelling cells associated with the Benguela Current system. These cells are related to the trade winds intensity blowing along coast.A study was carried out on 13 cores located along the margin, in a stratigraphic interval included between theLast Glacial Maximum (LGM) and the Holocene Climatic Optimum (HCO). The aim of this study is tounderstand the different factors associated with this important deep organic sedimentation. The results obtained by various methods (Rock-Eval pyrolysis, Infra-Red Fourier Transform spectrometry, observation of palynofacies and smear slides...) show a general enrichment of the organic contents in the sediments during the LGM with respect to the HCO.This study pointed out (i) an enrichment of organic content in LGM sediments with respect to HCO, with themaximum values recorded below the most active upwelling cells (Lüderitz and Walvis Bay), (ii) a negativecorrelation between the total organic percentages carbon and carbonates ones due to an organic matter dilution by the mineral fractions and carbonate dissolution during the organic matter degradation processes, (iii) the distribution of biogenic silica is more dependant to the external factors variations than to the differential productivity of the upwelling cells.Optical studies of organic components allow the identification of two amorphous organic matter types: agranular one, and a gel-like one. The gel-like one is related to the most active upwelling cells (Lüderitz andWalvis Bay) and is characterized by a preservation process by natural sulphurization, the granular one, isassociated with a preservation process by argillaceous particles adsorption, and is found below the relatively less active upwelling cells.These results highlight the variability of the organic record during the LGM/HCO transition, which is controlled by internal and external processes of the upwelling system. The two main parameters are the variability of the productivity intensity occurring in the photic layer, and the deposit migration during the marine transgression associated with the global warming. External processes are mainly related to the contribution of the different water masses from North (Angola Current) and South (Agulhas Current, Antarctic Intermediate Water).The extrapolation of the oil potential of these sediments shows that the high productivity Lüderitz cell can beregarded as a future source rocks deposits among the most productive in the world.A comparison with an older similar climatic cycle (Pleistocene) has been realized after the study of a core from the ODP site 175-1084. Our results, completed by biomarkers data, allow supposing a very different functioning type with respect to the Late Quaternary one. This functioning type is associated with the important detritalcontribution in organic and inorganic sedimentation on the Lüderitz site, and with the existence of a majorclimatic change, characterized by a productivity peak associated with siliceous organisms (diatoms) thencarbonated (coccolithes).La marge Sud-Est Atlantique a été le siège d'une accumulation très importante de carbone organique durant lesderniers cycles climatiques : les teneurs y sont parmi les plus élevées du monde pour des sédiments océaniques(de 5 à 18-20% à 1000 m de profondeur, de 0,5% à 8% à 3500 m). Ces accumulations sont liées à l'intenseactivité des cellules d'upwelling associées au système du Courant du Benguela, elles-mêmes fonctions del'intensité des alizés circulant le long de la côte.Une étude a été réalisée sur des carottes réparties le long de la marge, entre le Dernier Maximum Glaciaire(DMG) et l'Optimum Climatique Holocène (OCH), dans le but de comprendre et contraindre les différentsfacteurs à l'origine de cette importante sédimentation organique profonde. Les résultats acquis par différentesméthodes (pyrolyse Rock-Eval, spectrométrie Infra Rouge à Transformée de Fourier, observation de lames depalynofaciès...) montrent un enrichissement général du contenu organique des sédiments au DMG par rapport àl'OCH. Cet enrichissement n'est pas homogène, et présente des valeurs maximales à l'aplomb des cellulesd'upwelling les plus actives (Lüderitz et Walvis Bay). Il existe une corrélation négative entre le pourcentage decarbone organique total et celui des carbonates, due d'une part à la dilution de la matière organique par lafraction minérale, et d'autre part à la dissolution des carbonates lors de la biodégradation de la matièreorganique. La distribution de la silice biogène répond plus aux variations de facteurs externes plutôt qu'à laproductivité différentielle des cellules d'upwelling.Les études optiques des constituants organiques ont permis l'identification de deux types de matière organiqueamorphe : un type granulaire, floconneux, et un type gélifié. Le type gélifié est associé aux cellules les plusactives (Lüderitz et Walvis Bay) et caractérisé par un processus de préservation par sulfuration naturelle, le typegranulaire, associé à un processus d'adsorption sur des particules argileuses, se rencontre au niveau des cellulesrelativement moins actives.Ces différents résultats mettent en évidence des modulations de l'enregistrement organique durant la transitionDMG/OCH, contrôlées par des processus internes et externes au système d'upwelling. Les deux paramètresmajeurs étant la variabilité de l'intensité de la productivité se développant dans la zone photique, et la migrationdes dépôts lors de la transgression marine associée au réchauffement global. Les processus externes sontprincipalement liés aux différents apports de masses d'eaux via le Nord (Courant d'Angola) et le Sud (Courantdes Aiguilles, Courant Antarctique Intermédiaire).La détermination du potentiel pétrolier de ces sédiments montre que la zone de haute productivité de Lüderitzpeut potentiellement être à l'origine du dépôt de roches mères d'hydrocarbures parmi les plus productives aumonde.Une comparaison avec un cycle de même nature mais plus ancien (Pléistocène) a été faite après l'étude d'unecarotte du leg ODP 175-1084. Les résultats acquis, complétés par des données sur les biomarqueurs, nous ontpermis de supposer un type de fonctionnement très différent de celui mis en évidence au Quaternaire terminal.Celui-ci est associé au rôle prépondérant des apports détritiques dans la sédimentation organique et inorganique sur le site de Lüderitz au Pléistocène basal, ainsi qu'à l'existence d'un changement climatique majeur, caractérisé par un pic de productivité associé à des organismes siliceux (diatomées) puis carbonaté (coccolithes)

Sédimentation organique profonde associée au système d'upwelling du courant du Benguela (Atlantique Sud-Est) (facteurs de contrôle à l'échelle de la marge au cours du Quaternaire)

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF

Facteurs de contrôle de la sédimentation organique profonde associée au système d'upwelling du courant du Benguela durant le pleistocène.

La marge Sud-Est Atlantique a été le siège d'une accumulation très importante de carbone organique durant les derniers cycles climatiques : les teneurs y sont parmi les plus élevées du monde pour des sédiments océaniques (de 5 à 18-20% à 1000 m de profondeur, de 0,5% à 8% à 3500 m). Ces accumulations sont liées à l'intense activité des cellules d'upwelling associées au système du Courant du Benguela, elles-mêmes fonctions de l'intensité des alizés circulant le long de la côte. Nous avons, pour ce travail, étudié une section du forage ODP 175-1084A prélevée à bord du DV JOIDES Resolution entre août et octobre 1997 au large de la Namibie. L'objectif de cette étude est de comprendre le fonctionnement du site de haute productivité de Lüderitz durant le Pléistocène (autour de 1,1 Ma). La période étudiée correspond à un stade où le courant du Benguela est passé d'un système frontalier à un système d'upwelling côtier intense, tel qu'il existe aujourd'hui. Le site de Lüderitz a été choisi car il est associé aux taux d'accumulation organique les plus importants, et permet donc une étude globale des processus sédimentaires associés aux différents contextes atmosphériques et océanographiques existant à cette époque. Nous avons réalisé cette étude en déterminant, entre autres, les concentrations en COT, carbonates et silice biogène, dans le but d'estimer les variations de paléoproductivité, les concentrations en quartz, kaolinite et smectite pour estimer les variations des flux détritiques éoliens. Ce travail a été complétée par une étude de biomarqueurs spécifiques des producteurs siliceux (stérols), carbonatés (alcénones) et des végétaux supérieurs (n-alcanes)

Deep organic sedimentation along the atlantic south eastern margin as a paleoclimatic indicator for last glacial-interglacial studies.

The Atlantic South-eastern margin is influenced by the presence of broad upwelling cells associated with the Benguela Current System. Sedimentary records of cores taken along 2500 km from North to South show extraordinarily high organic carbon contents for this deep and oxygenated sedimentation environment. Thus this margin is different from classically known models of organic matter preservation by the bottom water anoxia

Sédimentation organique profonde associée au système d'upwelling du Courant de Benguela (Atlantique Sud-est) : de la molécule à la modélisation.

La marge Sud-Est Atlantique est le siège d'une accumulation très importante de carbone organique durant les derniers cycles climatiques ; les teneurs y étant parmi les plus élevées du monde pour des sédiments océaniques profonds. Trois thèses ont été menées dans le cadre du GDR Marges Continentales pour tenter de mieux comprendre la dynamique de la sédimentation organique profonde dans cette partie de l'Océan Atlantique –qui est aussi la plus oxygénée du monde– afin de raffiner les modèles de dépôt des roches mères pétrolières dans l'offshore profond. La première thèse s'est intéressée à l'enregistrement temporel (400 000 ans) de la sédimentation organique le long de la pente au dessus de la cellule d'upwelling la plus active (Pichevin, 2004). La seconde s'est attachée à comprendre la répartition spatiale de la sédimentation organique à l'échelle de toute la marge Sud-Est Atlantique depuis le dernier maximum glaciaire jusqu'à l'Optimum climatique Holocène (Blanke, 2004). Enfin, la troisième thèse a intégré les données issues des deux premières dans une approche modélisatrice de la sédimentation organique en contexte d'upwelling (Tranier, 2006). Il ressort de ces études que l'enfouissement de carbone organique sur la pente continentale était plus efficace pendant les périodes glaciaires du fait d'un accroissement des flux de matière organique exportée. Cette augmentation des flux agit positivement sur l'initiation de mécanismes de fossilisation tels que la sulfuration naturelle. Les variations eustatiques ont partiellement gouverné l'exportation de carbone organique vers la pente continentale supérieure en déplaçant vers le large la zone de productivité maximum pendant les bas niveaux marins. L'approche modélisatrice permet de quantifier les stocks de carbone ainsi fossilisés, ce qui présente un intérêt tant du point de vue académique –impact sur le cycle du carbone– qu'industriel –nature et distribution des roches-mères pétrolières du deep offshore–

Recent organic-rich deep sedimentation off Southwest Africa: keys for understanding the deep offshore petroleum source-rock distribution.

The Atlantic South-eastern margin is influenced by the presence of broad upwelling cells associated with the Benguela Current System. Sedimentary records of cores taken from 35°S to 10°S between 1000 to 4000m depth show extraordinarily high organic carbon (OM) contents for this deep and oxygenated environment. Thus this margin is different from classically known models of preservation in deep setting by the bottom water anoxia or redepositional processes Temporal variability of organic carbon observed along this margin from the north of Walvis ridge to South Africa, shows an enrichment in total organic carbon (TOC) during the Last Glacial Maximum (20kyrs) with respect to Holocene Climatic Optimum(8kyrs). It is the same for biogenic silica, mainly related to diatoms input, which follows the same climatic logic. Carbonate contents are negatively correlated with TOC and biogenic silica. The Lüderitz upwelling cell is presently the most productive area of the Benguela Current System, during at least 280 kyrs, and abundant OM accumulates on the adjacent slope sediments even at great water depth. Results indicate that OM is more oxidized at 3606 m water depth than on the upper slope sediments (1029 m) although petroleum quality of OM throughout the deep-water core remains surprisingly high for hemipelagic deep-sea sediments (HI = 200 to 400 mg HC/g TOC). The petroleum quality of OM accumulated on the upper slope is consistently high: HI average 450 mg HC/g TOC. Organic sedimentation in front of Lüderitz is modellised with the software DIONISOS (IFP), in the aim of developping a 3D stratigraphic model and predicting petroleum quality and quantity of organic matter along the margin. The first step in modelling the deep organic matter sedimentation is to decipher between the main controlling factors the key parameters to be introduce in the model DIONISOS. This imply to define simple laws for productivity, degradation, advection of sediment, etc. Rock Eval parameters shows that organic sedimentation along the margin can be considered as an important source-rock sedimentation. Source-Rock Potential Index (SPI) calculations are in agreement with a maximum of a potential hydrocarbon formation in front of Lüderitz, from shallow depth (500m), to deeper depth (2000m). We believe that the probability that such organic-rich facies occurred in the past in equivalent oceanographic settings at the edge of large oceanic basins should be carefully considered in deep offshore exploration

Vertical Eddy Fluxes in the Southern Ocean

The overturning circulation of the Southern Ocean has been investigated using eddying coupled ocean–sea ice models. The circulation is diagnosed in both density–latitude coordinates and in depth–density coordinates. Depth–density coordinates follow streamlines where the Antarctic Circumpolar Current is equivalent barotropic, capture the descent of Antarctic Bottom Water, follow density outcrops at the surface, and can be interpreted energetically. In density–latitude coordinates, wind-driven northward transport of light water and southward transport of dense water are compensated by standing meanders and to a lesser degree by transient eddies, consistent with previous results. In depth–density coordinates, however, wind-driven upwelling of dense water and downwelling of light water are compensated more strongly by transient eddy fluxes than fluxes because of standing meanders. Model realizations are discussed where the wind pattern of the southern annular mode is amplified. In density–latitude coordinates, meridional fluxes because of transient eddies can increase to counter changes in Ekman transport and decrease in response to changes in the standing meanders. In depth–density coordinates, vertical fluxes because of transient eddies directly counter changes in Ekman pumping