Lithofacies Analysis and Depositional Environments of the Eocene Nanka Sand as Exposed at Alor and Environs, Southeastern Nigeria: Evidence from Field Study and Granulometric Analysis

The genetic relationship between depositional processes and rock properties provide a potentially powerful tool for interpreting ancient depositional environments. Field study and granulometric analysis have been used to detect the lithofacies and depositional environment of the Eocene Nanka Sand. The field data shows Nanka Sand as medium to coarse grain sand that is loose and unconsolidated, with cross bedded white to yellow sand having intercalation of silty sand and clay with bands of fine grained sandstone and sandy clay on top. The granulometric study shows Nanka Sand to be coarse to medium grain and negatively skewed. Sorting is moderately well sorted to poorly sorted, and kurtosis is leptokurtic. The frequency histogram showed both unimodal and bimodal characters. Bivariate results together with linear discrimination functions of the sand samples reveal both shallow agitated marine and fluvial deposits. The paleocurrent shows bimodal - bipolar current directions, while the observed sedimentary structures include reactivation surfaces, clay drapes, flaser and wavy beddings, burrows of Skolithos and Ophiomorpha, with herringbone and planar cross beds, indicative of tidally influenced environment. Three distinct lithofacies observed were heterolithic, cross bedded sand facies, channel sand facies, and clay stone facies, and these has allowed the depositional environment of the Eocene Nanka Sand to be interpreted as a tide dominated estuaries characterized by tidally influenced fluvial to mixed energy environment. Keywords: Granulometric, Lithofacies, Heteroliths, Tides, Paleocurrent, Ichnofacies

The role of subducting heterogeneities and fluids on the Northern Lesser Antilles margin deformation and seismogenesis

Les Petites Antilles sont une zone de subduction particulière considérée comme étant très hydratée. Cette thèse se concentre sur l'étude de l'impact des hétérogénéités structurales en subduction et de la circulation des fluides associés sur la déformation tectonique de la marge et l'activité sismique. Pour ce faire, des données sismiques multitraces à haute résolution, bathymétriques, de flux de chaleur et de sismicité acquises au cours des campagnes Manta-Ray, Antithesis et Sismantilles ont été utilisées. Les données de flux thermique révèlent l'advection de chaleur par des fluides liés à une circulation ventilée et isolée dans le nord et le centre des Petites Antilles respectivement, et mettent en évidence le contrôle thermique de la localisation de la sismicité. Ainsi, au large de Saint-Martin, les valeurs négatives du flux de chaleur dans la fosse et positives dans l'avant-arc, comparées aux valeurs conductrices globales, mettent en évidence la percolation descendante de fluides froids dans la fosse et la migration ascendante de fluides chauds dans l'avant-arc. À l'inverse, au large de la Martinique, un flux thermique positif dans la fosse révèle une migration ascendante de fluides chauds le long de l'interplaque jusqu'à la fosse. Les données de sismicité offshore montrent que la distribution des séismes est corrélée aux réactions de déshydratation de la lithosphère plongeante. Ainsi, la présence de fluides pourrait expliquer le faible couplage interplaque et la rareté des grandes ruptures cosismiques, favorisant des comportements de glissement lents à asismiques et augmentant le temps de retour des grands événements sismiques dans cette marge.Les données sismiques et bathymétriques ont mis en évidence dans le nord des Petites Antilles un segment de croûte océanique, appelé "Jacksonville Patch", qui est en partie constitué de roches mantelliques exhumées et hydratées, formées le long de grandes failles de détachement. Ces failles pourraient avoir été réactivées lors de la flexure avant-fosse de la plaque plongeante, facilitant la percolation des fluides froids en profondeur et un nouvel épisode de serpentinisation. La subduction de ce socle faillé, hydraté et serpentinisé génère probablement une variation des propriétés mécaniques interplaques, expliquant la faible sismicité du méga-chevauchement.Au nord de la ride de Barracuda, cette étude révèle par ailleurs une marge globalement érosive, avec des phases d'accrétion mineures qui diminuent vers le nord. L'érosion frontale est documentée par une diminution de la largeur du prisme vers le nord, probablement liée à la subduction des rides topographiques et un socle océanique rugueux dans une fosse dépourvue de sédiments. Au niveau de l'avant-arc, la distribution de failles normales subparallèles à la ride de Barracuda est cohérente avec l'âge Quaternaire de formation de ce relief sous le domaine avant-arc. Les failles imagées sont par ailleurs associées à des hauts de socle et sont profondément enracinées, potentiellement sur l'interplaque, formant des voies possibles de migration ascendante des fluides. Les anomalies de flux de chaleur, les polarité inverse des réflecteurs, les figures de cheminées de fluides sur les profils, associés aux pockmarks et à des volcans de boue sur le plancher océanique, soulignent la circulation de fluides potentiellement liés à la zone de fracture 15-20 en subduction. Cette étude documente également une subsidence généralisée de la marge et un amincissement du socle et largement supérieure au déplacement le long des failles profondes. Ainsi, l'érosion tectonique basale long-terme de cette marge profondément fracturée semble dominée par la circulation de fluides libérés en profondeur par les portions de lithosphère océanique constituées de manteau exhumé et par les zones de fracture, et aurait été récemment amplifiée par la déformation récente induite pas la ride de Barracuda formée depuis 2,3 millions d'années.At subduction zones, the nature of the subducting plate, fluid circulation, and temperature contribute significantly to the tectonic pattern and seismogenic potential. The Lesser Antilles is an end-member subduction zone, which undergoes the subduction of trans-oceanic fracture zones (FZ) bounded by topographic ridges, and large-scale patches of tectonically dominated oceanic crust that is prone to produce high water budget. This thesis focuses on investigating the impact of subducting heterogeneities and related fluid circulation on the margin tectonic deformation and seismic activity. For this purpose, newly and previously acquired multichannel (MCS) and high-resolution seismic, bathymetric, heat-flow, and seismicity data during the Manta-Ray, Antithesis, and Sismantilles campaigns were employed. The heat-flow data reveal heat advection by fluids related to a ventilated and an insulated circulation in the northern and central Lesser Antilles respectively, and further highlight the thermal control of seismicity location. Along Saint Martin, negative heat-flow values in the trench and positive in the forearc compared to global conductive values highlight downward percolation of cold fluids in the trench and upward migration of warm fluids at the forearc. Contrastingly, along Martinique, positive heat-flow in the trench reveals warm fluid updip migration along the plate interface from subduction depths up to the trench. There, the offshore seismicity data shows that the locations of the interplate, intraslab, and supraslab earthquakes have a close relationship with temperature dehydration reactions. Thus, the presence of fluids likely explains the low interplate coupling and the scarce large co-seismic ruptures, favouring aseismic slip behaviours, and increasing time return of large seismic events in this margin.In addition, the MCS and bathymetric data in the northern Lesser Antilles imaged an oceanic tectonic fabric named the Jacksonville Patch, which is partly made of exhumed and hydrated mantle rocks, formed along pervasive detachment faults. During plate bending, the faults could be reactivated and allow deep fluid circulation and further serpentinization. The subduction of this faulted, hydrated and serpentinized basement likely generates interplate patchiness of contrasting frictional properties, which contributes to the megathrust weakness and low interplate seismicity.North of the Barracuda ridge, this study further reveals a globally erosive margin, with minor accretion phases that decrease northwards. Evidence of frontal erosion is recorded by a northward decrease in the width of the prism favoured by the subduction of topographic ridges and a rough oceanic basement within a sediment-starved trench. At the forearc, normal faults subparallel to the southward sweeping Barracuda ridge, a Quaternary oceanic basement high, highlight its possible earliest onset beneath the forearc, at the eastern flank of the Antigua Valley. Some of the imaged faults are associated with basement highs and are deeply rooted, potentially down to the interplate, forming pathways for fluid upward migrations. Reverse polarity reflectors and fluid pipes, both collocated with pockmarks and mud-volcanoes on the seafloor, and with the 15-20 FZ at depth, highlight the potential of fluid flow occurrence at this margin forearc, in agreement with heat-flow observations. This study also documents widespread margin subsidence and basement thinning consistent with previous estimates north of the study area, which cannot be accounted for by the displacement along the deep-rooted faults. Thus, long-term basal tectonic erosion of this deeply fractured margin has been dominated by circulating fluids from subducted exhumed mantle patches and FZs as the Fifteen-twenty, and has been recently increased by the uplift and southward sweeping of the ~ 2.3 Ma old Barracuda Ridge

Le rôle des hétérogénéités et des fluides en subduction sur la déformation et la sismogenèse de la marge nord des Petites Antilles

At subduction zones, the nature of the subducting plate, fluid circulation, and temperature contribute significantly to the tectonic pattern and seismogenic potential. The Lesser Antilles is an end-member subduction zone, which undergoes the subduction of trans-oceanic fracture zones (FZ) bounded by topographic ridges, and large-scale patches of tectonically dominated oceanic crust that is prone to produce high water budget. This thesis focuses on investigating the impact of subducting heterogeneities and related fluid circulation on the margin tectonic deformation and seismic activity. For this purpose, newly and previously acquired multichannel (MCS) and high-resolution seismic, bathymetric, heat-flow, and seismicity data during the Manta-Ray, Antithesis, and Sismantilles campaigns were employed. The heat-flow data reveal heat advection by fluids related to a ventilated and an insulated circulation in the northern and central Lesser Antilles respectively, and further highlight the thermal control of seismicity location. Along Saint Martin, negative heat-flow values in the trench and positive in the forearc compared to global conductive values highlight downward percolation of cold fluids in the trench and upward migration of warm fluids at the forearc. Contrastingly, along Martinique, positive heat-flow in the trench reveals warm fluid updip migration along the plate interface from subduction depths up to the trench. There, the offshore seismicity data shows that the locations of the interplate, intraslab, and supraslab earthquakes have a close relationship with temperature dehydration reactions. Thus, the presence of fluids likely explains the low interplate coupling and the scarce large co-seismic ruptures, favouring aseismic slip behaviours, and increasing time return of large seismic events in this margin.In addition, the MCS and bathymetric data in the northern Lesser Antilles imaged an oceanic tectonic fabric named the Jacksonville Patch, which is partly made of exhumed and hydrated mantle rocks, formed along pervasive detachment faults. During plate bending, the faults could be reactivated and allow deep fluid circulation and further serpentinization. The subduction of this faulted, hydrated and serpentinized basement likely generates interplate patchiness of contrasting frictional properties, which contributes to the megathrust weakness and low interplate seismicity.North of the Barracuda ridge, this study further reveals a globally erosive margin, with minor accretion phases that decrease northwards. Evidence of frontal erosion is recorded by a northward decrease in the width of the prism favoured by the subduction of topographic ridges and a rough oceanic basement within a sediment-starved trench. At the forearc, normal faults subparallel to the southward sweeping Barracuda ridge, a Quaternary oceanic basement high, highlight its possible earliest onset beneath the forearc, at the eastern flank of the Antigua Valley. Some of the imaged faults are associated with basement highs and are deeply rooted, potentially down to the interplate, forming pathways for fluid upward migrations. Reverse polarity reflectors and fluid pipes, both collocated with pockmarks and mud-volcanoes on the seafloor, and with the 15-20 FZ at depth, highlight the potential of fluid flow occurrence at this margin forearc, in agreement with heat-flow observations. This study also documents widespread margin subsidence and basement thinning consistent with previous estimates north of the study area, which cannot be accounted for by the displacement along the deep-rooted faults. Thus, long-term basal tectonic erosion of this deeply fractured margin has been dominated by circulating fluids from subducted exhumed mantle patches and FZs as the Fifteen-twenty, and has been recently increased by the uplift and southward sweeping of the ~ 2.3 Ma old Barracuda Ridge.Les Petites Antilles sont une zone de subduction particulière considérée comme étant très hydratée. Cette thèse se concentre sur l'étude de l'impact des hétérogénéités structurales en subduction et de la circulation des fluides associés sur la déformation tectonique de la marge et l'activité sismique. Pour ce faire, des données sismiques multitraces à haute résolution, bathymétriques, de flux de chaleur et de sismicité acquises au cours des campagnes Manta-Ray, Antithesis et Sismantilles ont été utilisées. Les données de flux thermique révèlent l'advection de chaleur par des fluides liés à une circulation ventilée et isolée dans le nord et le centre des Petites Antilles respectivement, et mettent en évidence le contrôle thermique de la localisation de la sismicité. Ainsi, au large de Saint-Martin, les valeurs négatives du flux de chaleur dans la fosse et positives dans l'avant-arc, comparées aux valeurs conductrices globales, mettent en évidence la percolation descendante de fluides froids dans la fosse et la migration ascendante de fluides chauds dans l'avant-arc. À l'inverse, au large de la Martinique, un flux thermique positif dans la fosse révèle une migration ascendante de fluides chauds le long de l'interplaque jusqu'à la fosse. Les données de sismicité offshore montrent que la distribution des séismes est corrélée aux réactions de déshydratation de la lithosphère plongeante. Ainsi, la présence de fluides pourrait expliquer le faible couplage interplaque et la rareté des grandes ruptures cosismiques, favorisant des comportements de glissement lents à asismiques et augmentant le temps de retour des grands événements sismiques dans cette marge.Les données sismiques et bathymétriques ont mis en évidence dans le nord des Petites Antilles un segment de croûte océanique, appelé "Jacksonville Patch", qui est en partie constitué de roches mantelliques exhumées et hydratées, formées le long de grandes failles de détachement. Ces failles pourraient avoir été réactivées lors de la flexure avant-fosse de la plaque plongeante, facilitant la percolation des fluides froids en profondeur et un nouvel épisode de serpentinisation. La subduction de ce socle faillé, hydraté et serpentinisé génère probablement une variation des propriétés mécaniques interplaques, expliquant la faible sismicité du méga-chevauchement.Au nord de la ride de Barracuda, cette étude révèle par ailleurs une marge globalement érosive, avec des phases d'accrétion mineures qui diminuent vers le nord. L'érosion frontale est documentée par une diminution de la largeur du prisme vers le nord, probablement liée à la subduction des rides topographiques et un socle océanique rugueux dans une fosse dépourvue de sédiments. Au niveau de l'avant-arc, la distribution de failles normales subparallèles à la ride de Barracuda est cohérente avec l'âge Quaternaire de formation de ce relief sous le domaine avant-arc. Les failles imagées sont par ailleurs associées à des hauts de socle et sont profondément enracinées, potentiellement sur l'interplaque, formant des voies possibles de migration ascendante des fluides. Les anomalies de flux de chaleur, les polarité inverse des réflecteurs, les figures de cheminées de fluides sur les profils, associés aux pockmarks et à des volcans de boue sur le plancher océanique, soulignent la circulation de fluides potentiellement liés à la zone de fracture 15-20 en subduction. Cette étude documente également une subsidence généralisée de la marge et un amincissement du socle et largement supérieure au déplacement le long des failles profondes. Ainsi, l'érosion tectonique basale long-terme de cette marge profondément fracturée semble dominée par la circulation de fluides libérés en profondeur par les portions de lithosphère océanique constituées de manteau exhumé et par les zones de fracture, et aurait été récemment amplifiée par la déformation récente induite pas la ride de Barracuda formée depuis 2,3 millions d'années

Le rôle des hétérogénéités et des fluides en subduction sur la déformation et la sismogenèse de la marge nord des Petites Antilles

At subduction zones, the nature of the subducting plate, fluid circulation, and temperature contribute significantly to the tectonic pattern and seismogenic potential. The Lesser Antilles is an end-member subduction zone, which undergoes the subduction of trans-oceanic fracture zones (FZ) bounded by topographic ridges, and large-scale patches of tectonically dominated oceanic crust that is prone to produce high water budget. This thesis focuses on investigating the impact of subducting heterogeneities and related fluid circulation on the margin tectonic deformation and seismic activity. For this purpose, newly and previously acquired multichannel (MCS) and high-resolution seismic, bathymetric, heat-flow, and seismicity data during the Manta-Ray, Antithesis, and Sismantilles campaigns were employed. The heat-flow data reveal heat advection by fluids related to a ventilated and an insulated circulation in the northern and central Lesser Antilles respectively, and further highlight the thermal control of seismicity location. Along Saint Martin, negative heat-flow values in the trench and positive in the forearc compared to global conductive values highlight downward percolation of cold fluids in the trench and upward migration of warm fluids at the forearc. Contrastingly, along Martinique, positive heat-flow in the trench reveals warm fluid updip migration along the plate interface from subduction depths up to the trench. There, the offshore seismicity data shows that the locations of the interplate, intraslab, and supraslab earthquakes have a close relationship with temperature dehydration reactions. Thus, the presence of fluids likely explains the low interplate coupling and the scarce large co-seismic ruptures, favouring aseismic slip behaviours, and increasing time return of large seismic events in this margin.In addition, the MCS and bathymetric data in the northern Lesser Antilles imaged an oceanic tectonic fabric named the Jacksonville Patch, which is partly made of exhumed and hydrated mantle rocks, formed along pervasive detachment faults. During plate bending, the faults could be reactivated and allow deep fluid circulation and further serpentinization. The subduction of this faulted, hydrated and serpentinized basement likely generates interplate patchiness of contrasting frictional properties, which contributes to the megathrust weakness and low interplate seismicity.North of the Barracuda ridge, this study further reveals a globally erosive margin, with minor accretion phases that decrease northwards. Evidence of frontal erosion is recorded by a northward decrease in the width of the prism favoured by the subduction of topographic ridges and a rough oceanic basement within a sediment-starved trench. At the forearc, normal faults subparallel to the southward sweeping Barracuda ridge, a Quaternary oceanic basement high, highlight its possible earliest onset beneath the forearc, at the eastern flank of the Antigua Valley. Some of the imaged faults are associated with basement highs and are deeply rooted, potentially down to the interplate, forming pathways for fluid upward migrations. Reverse polarity reflectors and fluid pipes, both collocated with pockmarks and mud-volcanoes on the seafloor, and with the 15-20 FZ at depth, highlight the potential of fluid flow occurrence at this margin forearc, in agreement with heat-flow observations. This study also documents widespread margin subsidence and basement thinning consistent with previous estimates north of the study area, which cannot be accounted for by the displacement along the deep-rooted faults. Thus, long-term basal tectonic erosion of this deeply fractured margin has been dominated by circulating fluids from subducted exhumed mantle patches and FZs as the Fifteen-twenty, and has been recently increased by the uplift and southward sweeping of the ~ 2.3 Ma old Barracuda Ridge.Les Petites Antilles sont une zone de subduction particulière considérée comme étant très hydratée. Cette thèse se concentre sur l'étude de l'impact des hétérogénéités structurales en subduction et de la circulation des fluides associés sur la déformation tectonique de la marge et l'activité sismique. Pour ce faire, des données sismiques multitraces à haute résolution, bathymétriques, de flux de chaleur et de sismicité acquises au cours des campagnes Manta-Ray, Antithesis et Sismantilles ont été utilisées. Les données de flux thermique révèlent l'advection de chaleur par des fluides liés à une circulation ventilée et isolée dans le nord et le centre des Petites Antilles respectivement, et mettent en évidence le contrôle thermique de la localisation de la sismicité. Ainsi, au large de Saint-Martin, les valeurs négatives du flux de chaleur dans la fosse et positives dans l'avant-arc, comparées aux valeurs conductrices globales, mettent en évidence la percolation descendante de fluides froids dans la fosse et la migration ascendante de fluides chauds dans l'avant-arc. À l'inverse, au large de la Martinique, un flux thermique positif dans la fosse révèle une migration ascendante de fluides chauds le long de l'interplaque jusqu'à la fosse. Les données de sismicité offshore montrent que la distribution des séismes est corrélée aux réactions de déshydratation de la lithosphère plongeante. Ainsi, la présence de fluides pourrait expliquer le faible couplage interplaque et la rareté des grandes ruptures cosismiques, favorisant des comportements de glissement lents à asismiques et augmentant le temps de retour des grands événements sismiques dans cette marge.Les données sismiques et bathymétriques ont mis en évidence dans le nord des Petites Antilles un segment de croûte océanique, appelé "Jacksonville Patch", qui est en partie constitué de roches mantelliques exhumées et hydratées, formées le long de grandes failles de détachement. Ces failles pourraient avoir été réactivées lors de la flexure avant-fosse de la plaque plongeante, facilitant la percolation des fluides froids en profondeur et un nouvel épisode de serpentinisation. La subduction de ce socle faillé, hydraté et serpentinisé génère probablement une variation des propriétés mécaniques interplaques, expliquant la faible sismicité du méga-chevauchement.Au nord de la ride de Barracuda, cette étude révèle par ailleurs une marge globalement érosive, avec des phases d'accrétion mineures qui diminuent vers le nord. L'érosion frontale est documentée par une diminution de la largeur du prisme vers le nord, probablement liée à la subduction des rides topographiques et un socle océanique rugueux dans une fosse dépourvue de sédiments. Au niveau de l'avant-arc, la distribution de failles normales subparallèles à la ride de Barracuda est cohérente avec l'âge Quaternaire de formation de ce relief sous le domaine avant-arc. Les failles imagées sont par ailleurs associées à des hauts de socle et sont profondément enracinées, potentiellement sur l'interplaque, formant des voies possibles de migration ascendante des fluides. Les anomalies de flux de chaleur, les polarité inverse des réflecteurs, les figures de cheminées de fluides sur les profils, associés aux pockmarks et à des volcans de boue sur le plancher océanique, soulignent la circulation de fluides potentiellement liés à la zone de fracture 15-20 en subduction. Cette étude documente également une subsidence généralisée de la marge et un amincissement du socle et largement supérieure au déplacement le long des failles profondes. Ainsi, l'érosion tectonique basale long-terme de cette marge profondément fracturée semble dominée par la circulation de fluides libérés en profondeur par les portions de lithosphère océanique constituées de manteau exhumé et par les zones de fracture, et aurait été récemment amplifiée par la déformation récente induite pas la ride de Barracuda formée depuis 2,3 millions d'années

Le rôle des hétérogénéités et des fluides en subduction sur la déformation et la sismogenèse de la marge nord des Petites Antilles

At subduction zones, the nature of the subducting plate, fluid circulation, and temperature contribute significantly to the tectonic pattern and seismogenic potential. The Lesser Antilles is an end-member subduction zone, which undergoes the subduction of trans-oceanic fracture zones (FZ) bounded by topographic ridges, and large-scale patches of tectonically dominated oceanic crust that is prone to produce high water budget. This thesis focuses on investigating the impact of subducting heterogeneities and related fluid circulation on the margin tectonic deformation and seismic activity. For this purpose, newly and previously acquired multichannel (MCS) and high-resolution seismic, bathymetric, heat-flow, and seismicity data during the Manta-Ray, Antithesis, and Sismantilles campaigns were employed. The heat-flow data reveal heat advection by fluids related to a ventilated and an insulated circulation in the northern and central Lesser Antilles respectively, and further highlight the thermal control of seismicity location. Along Saint Martin, negative heat-flow values in the trench and positive in the forearc compared to global conductive values highlight downward percolation of cold fluids in the trench and upward migration of warm fluids at the forearc. Contrastingly, along Martinique, positive heat-flow in the trench reveals warm fluid updip migration along the plate interface from subduction depths up to the trench. There, the offshore seismicity data shows that the locations of the interplate, intraslab, and supraslab earthquakes have a close relationship with temperature dehydration reactions. Thus, the presence of fluids likely explains the low interplate coupling and the scarce large co-seismic ruptures, favouring aseismic slip behaviours, and increasing time return of large seismic events in this margin.In addition, the MCS and bathymetric data in the northern Lesser Antilles imaged an oceanic tectonic fabric named the Jacksonville Patch, which is partly made of exhumed and hydrated mantle rocks, formed along pervasive detachment faults. During plate bending, the faults could be reactivated and allow deep fluid circulation and further serpentinization. The subduction of this faulted, hydrated and serpentinized basement likely generates interplate patchiness of contrasting frictional properties, which contributes to the megathrust weakness and low interplate seismicity.North of the Barracuda ridge, this study further reveals a globally erosive margin, with minor accretion phases that decrease northwards. Evidence of frontal erosion is recorded by a northward decrease in the width of the prism favoured by the subduction of topographic ridges and a rough oceanic basement within a sediment-starved trench. At the forearc, normal faults subparallel to the southward sweeping Barracuda ridge, a Quaternary oceanic basement high, highlight its possible earliest onset beneath the forearc, at the eastern flank of the Antigua Valley. Some of the imaged faults are associated with basement highs and are deeply rooted, potentially down to the interplate, forming pathways for fluid upward migrations. Reverse polarity reflectors and fluid pipes, both collocated with pockmarks and mud-volcanoes on the seafloor, and with the 15-20 FZ at depth, highlight the potential of fluid flow occurrence at this margin forearc, in agreement with heat-flow observations. This study also documents widespread margin subsidence and basement thinning consistent with previous estimates north of the study area, which cannot be accounted for by the displacement along the deep-rooted faults. Thus, long-term basal tectonic erosion of this deeply fractured margin has been dominated by circulating fluids from subducted exhumed mantle patches and FZs as the Fifteen-twenty, and has been recently increased by the uplift and southward sweeping of the ~ 2.3 Ma old Barracuda Ridge.Les Petites Antilles sont une zone de subduction particulière considérée comme étant très hydratée. Cette thèse se concentre sur l'étude de l'impact des hétérogénéités structurales en subduction et de la circulation des fluides associés sur la déformation tectonique de la marge et l'activité sismique. Pour ce faire, des données sismiques multitraces à haute résolution, bathymétriques, de flux de chaleur et de sismicité acquises au cours des campagnes Manta-Ray, Antithesis et Sismantilles ont été utilisées. Les données de flux thermique révèlent l'advection de chaleur par des fluides liés à une circulation ventilée et isolée dans le nord et le centre des Petites Antilles respectivement, et mettent en évidence le contrôle thermique de la localisation de la sismicité. Ainsi, au large de Saint-Martin, les valeurs négatives du flux de chaleur dans la fosse et positives dans l'avant-arc, comparées aux valeurs conductrices globales, mettent en évidence la percolation descendante de fluides froids dans la fosse et la migration ascendante de fluides chauds dans l'avant-arc. À l'inverse, au large de la Martinique, un flux thermique positif dans la fosse révèle une migration ascendante de fluides chauds le long de l'interplaque jusqu'à la fosse. Les données de sismicité offshore montrent que la distribution des séismes est corrélée aux réactions de déshydratation de la lithosphère plongeante. Ainsi, la présence de fluides pourrait expliquer le faible couplage interplaque et la rareté des grandes ruptures cosismiques, favorisant des comportements de glissement lents à asismiques et augmentant le temps de retour des grands événements sismiques dans cette marge.Les données sismiques et bathymétriques ont mis en évidence dans le nord des Petites Antilles un segment de croûte océanique, appelé "Jacksonville Patch", qui est en partie constitué de roches mantelliques exhumées et hydratées, formées le long de grandes failles de détachement. Ces failles pourraient avoir été réactivées lors de la flexure avant-fosse de la plaque plongeante, facilitant la percolation des fluides froids en profondeur et un nouvel épisode de serpentinisation. La subduction de ce socle faillé, hydraté et serpentinisé génère probablement une variation des propriétés mécaniques interplaques, expliquant la faible sismicité du méga-chevauchement.Au nord de la ride de Barracuda, cette étude révèle par ailleurs une marge globalement érosive, avec des phases d'accrétion mineures qui diminuent vers le nord. L'érosion frontale est documentée par une diminution de la largeur du prisme vers le nord, probablement liée à la subduction des rides topographiques et un socle océanique rugueux dans une fosse dépourvue de sédiments. Au niveau de l'avant-arc, la distribution de failles normales subparallèles à la ride de Barracuda est cohérente avec l'âge Quaternaire de formation de ce relief sous le domaine avant-arc. Les failles imagées sont par ailleurs associées à des hauts de socle et sont profondément enracinées, potentiellement sur l'interplaque, formant des voies possibles de migration ascendante des fluides. Les anomalies de flux de chaleur, les polarité inverse des réflecteurs, les figures de cheminées de fluides sur les profils, associés aux pockmarks et à des volcans de boue sur le plancher océanique, soulignent la circulation de fluides potentiellement liés à la zone de fracture 15-20 en subduction. Cette étude documente également une subsidence généralisée de la marge et un amincissement du socle et largement supérieure au déplacement le long des failles profondes. Ainsi, l'érosion tectonique basale long-terme de cette marge profondément fracturée semble dominée par la circulation de fluides libérés en profondeur par les portions de lithosphère océanique constituées de manteau exhumé et par les zones de fracture, et aurait été récemment amplifiée par la déformation récente induite pas la ride de Barracuda formée depuis 2,3 millions d'années

Sequence stratigraphic approach to hydrocarbon exploration: a case study of Chiadu field at eastern onshore Niger Delta Basin, Nigeria

Abstract This study integrated lithofacies, foraminifera and seismic data to develop a sequence stratigraphic approach to hydrocarbon exploration for Chiadu field. The application of lithostratigraphic approach led to correlation of diachronous lithofacies and wrongly defined an approximately accurate extent of the reservoirs. This study necessitated the use of sequence stratigraphic framework for the purpose of establishing chronostratigraphic concept and facies prediction. The genetic sequence model of Galloway was adopted for sequence stratigraphic interpretation of the field. The structural style is dominated by closely spaced simple rollover anticline bounded by growth faults, and this includes down-to-basin listric faults, collapsed crest structures, antithetic and synthetic faults. Result of foraminifera analysis showed that the analyzed interval is very rich in calcareous benthic but decreased in planktic and arenaceous benthic foraminifera. Lithofacies analysis shows that the continental lithofacies is made up of dominantly sand with thin bands of shales, while Agbada lithofacies is made up of alternating intervals of sandstones and shales to very thick shale unit in the lower section. The facies identified using log motifs and their stacking patterns include braided fluvial, crevasse splay, fluvial point bar, distributary/tidal channels, intertidal, subtidal and storm-dominated shelf facies. The presence of water depth indicator fossils confirmed the water depths of coastal deltaic, shallow inner neritic, inner neritic, middle neritic and outer neritic were based largely on the presence of environmentally restricted benthic foraminifera species. Integration of lithofacies and biofacies data suggests depositional environments ranging from coastal deltaic to outer neritic environment. Sequence stratigraphic analysis identified three complete sequences with accompanying system tracts over the interval 7922.3–14,856.34 ft. The transgressive system tracts (TSTs) within these sequences are dominated by marine shales and thin sands. Reservoir quality sands are found in highstand system tract and shelfal lowstand system tract, while the shales of TSTs and HSTs form potential source and seal units. The delineation and correlation of sequence stratigraphic surfaces enable us to build an approximate chronostratigraphic framework, which is essential for determining facies relationships. Reacquisition and/or processing should be done to improve seismic data quality for better imaging and interpretation/mapping, especially hydrocarbon prospect at deeper horizon

Heat Flow measurements reveal pervasive fluid circulation, related to the subducting slow-spreading oceanic basement, within the Northern Lesser Antilles outer forearc.

International audienc

Pervasive detachment faults within the slow spreading oceanic crust at the poorly coupled Antilles subduction zone

International audienceOceanic crust formed at slow-spreading ridges is currently subducted in only a few places on Earth and the tectonic and seismogenic imprint of the slow-spreading process is poorly understood. Here we present seismic and bathymetric data from the Northeastern Lesser Antilles Subduction Zone where thick sediments enable seismic imaging to greater depths than in the ocean basins. This dataset highlights a pervasive tectonic fabric characterized by closely spaced sequences of convex-up Ridgeward-Dipping Reflectors, which extend down to about 15 km depth with a 15-to-40° angle. We interpret these reflectors as discrete shear planes formed during the early stages of exhumation of magma-poor mantle rocks at an inside corner of a Mid-Atlantic Ridge fracture zone. Closer to the trench, plate bending could have reactivated this tectonic fabric and enabled deep fluid circulation and serpentinization of the basement rocks. This weak serpentinized basement likely explains the very low interplate seismic activity associated with the Barbuda-Anegada margin segment above

Thermally-constrained fluid circulation and seismicity in the Lesser Antilles subduction zone

International audienceAt subduction zones, fluid circulation and elevated pore pressure are key factors controlling the seismogenic behavior along the plate interface by reducing absolute fault strength, increasing the time return of high magnitude co-seismic rupture and favoring aseismic slip. The Lesser Antilles is an endmember subduction zone where the slow subduction of numerous trans-oceanic fracture zones and patches of pervasively fractured, hydrated and serpentinized exhumed mantle rocks increase the water input. Heat-flow variations measured in the trench and the forearc during the Antithesis 1 cruise reveal heat advection by fluid circulation and shed a new light onto the thermal control of seismicity location in the subduction zone. In the Northern Lesser Antilles, heat-flow anomalies, negative in the trench and positive in the forearc, reveal a ventilated fluid circulation with downward percolation of cold fluids at the sediment-starved, pervasively fractured trench and upward discharge of warm fluids through the Tintamarre Fault Zone in the forearc. In contrast, in the Central Lesser Antilles, a positive heat-flow anomaly at the trench and the accretionary wedge is typical of an insulated fluid circulation where warm fluids invade the plate interface flowing updip from the subduction depths up to the trench. The investigated margin segments correspond with a very low number of interplate thrust earthquakes, illustrating the frequent statement that fluids in subduction zones tend to reduce the interplate coupling, favor slow to aseismic slip behavior, and increase the time return of large seismic events. Moreover, the location of intraslab, and supraslab earthquakes at depth beneath the Central Lesser Antilles suggest a close relation to temperature-related dehydration reactions