Joint inversions of three types of electromagnetic data explicitly constrained by seismic observations: results from the central Okavango Delta, Botswana

The Okavango Delta of northern Botswana is one of the world's largest inland deltas or megafans. To obtain information on the character of sediments and basement depths, audiomagnetotelluric (AMT), controlled-source audiomagnetotelluric (CSAMT) and central-loop transient electromagnetic (TEM) data were collected on the largest island within the delta. The data were inverted individually and jointly for 1-D models of electric resistivity. Distortion effects in the AMT and CSAMT data were accounted for by including galvanic distortion tensors as free parameters in the inversions. By employing Marquardt-Levenberg inversion, we found that a 3-layer model comprising a resistive layer overlying sequentially a conductive layer and a deeper resistive layer was sufficient to explain all of the electromagnetic data. However, the top of the basal resistive layer from electromagnetic-only inversions was much shallower than the well-determined basement depth observed in high-quality seismic reflection images and seismic refraction velocity tomograms. To resolve this discrepancy, we jointly inverted the electromagnetic data for 4-layer models by including seismic depths to an interface between sedimentary units and to basement as explicit a priori constraints. We have also estimated the interconnected porosities, clay contents and pore-fluid resistivities of the sedimentary units from their electrical resistivities and seismic P-wave velocities using appropriate petrophysical models. In the interpretation of our preferred model, a shallow∼40 m thick freshwater sandy aquifer with 85-100 Ωm resistivity, 10-32 per cent interconnected porosity and <13 per cent clay content overlies a 105-115m thick conductive sequence of clay and intercalated salt-water-saturated sands with 15-20 Ωm total resistivity, 1−27 per cent interconnected porosity and 15-60 per cent clay content. A third∼60 m thick sandy layer with 40-50 Ωm resistivity, 10-33 per cent interconnected porosity and <15 per cent clay content is underlain by the basement with 3200-4000 Ωm total resistivity. According to an interpretation of helicopter TEM data that cover the entire Okavango Delta and borehole logs, the second and third layers may represent lacustrine sediments from Paleo Lake Makgadikgadi and a moderately resistive freshwater aquifer comprising sediments of the recently proposed Paleo Okavango Megafan, respectivel

Structure, chronology and mode of emplacement of the geant Okavango dyke system, Nord-Botswana. A multi-disciplinary approach

Les complexes de laves et dykes basaltiques formant la Grande Province Magmatique Karoo d'Afrique Australe (140 000 km2) se prolongent vers l'Est au niveau de la ceinture ignée de Ferrar, en Antarctique. L'origine de ces provinces magmatiques est généralement attribuée, soit à la mise en place d'un panache mantellique dont l'expression de surface se marquerait par la convergence de plusieurs systèmes de dykes géants dans la région de Nuanetsi (SO Zimbabwe), soit au poinçonnement d'une zone de subduction par un panache. Parmi les systèmes de dykes Karoo, le complexe géant de l'Okavango (ODS), situé au NE du Botswana, apparait sur les cartes aéromagnétiques comme une structure magmatique linéaire (N110E) de dimensions exceptionnelles (2000 x 100 km), recoupant le socle Précambrien et sa couverture Karoo (sédiments et laves). L'ODS constitue donc un indicateur de premier ordre pour mieux contraindre les modèles géodynamiques appliqués à la Grande Province Magmatique Karoo, et les buts principaux de cette thèse ont donc consisté, sur la base d'une approche multidisciplinaire, à préciser : 1) la chronologie de sa mise en place, 2) sa signature géochimique, 3) sa structure, et 4) son mode de mise en place. La chronologie Ar-Ar obtenue sur les dykes et les coulées basaltiques montre leur contemporanéité dans l'intervalle 178-180 Ma. Ces ages sont légèrement plus jeunes que ceux obtenus sur le magmatisme Karoo du NO Zimbabwe, de Namibie et d'Afrique du Sud. Ces datations ont également révélé la présence de dykes d'âge protérozoique au sein de l'ODS, suggérant la mise en place du complexe de dykes Karoo le long d'une structure linéaire pré-existante. L'analyse géochimique des basaltes de Shadi-Shadi montre que les 2 sous-provinces 'Low-Ti et High-Ti', précédemment supposées marquer une zonation spatiale majeure, indiquent plutot une zonation temporelle à l'intérieur des provinces Karro et Ferrar. Les signatures géochimiques des roches mafiques 'Low-Ti et High-Ti' du NE Botswana sont typiques d'une origine à partir d'un manteau enrichi lors d'un processus de subduction situé plus au sud. Les mécanismes de mise en place de l'ODS ont été abordés sur la base de l'analyse de 1) données aéromagnétiques, 2) relevés magnétiques au sol, mesures de l'Anisotropie de Susceptibilité Magnétique, et 3) observations structurales. L'ODS est interprété comme un complexe filonien alimenté par du magma se propageant latéralement d'E en W. L'existence éventuelle d'une chambre magmatique intermédiaire dans la région de Tuli est suggérée par des directions d'écoulement vertical dans les dykes. Cette chambre magmatique se serait comportée comme un réservoir de stockage, contribuant à maintenir l'écoulement du faisceau sur une distance de plus de 2000 km. Les mesures structurales indiquent que, durant la phase de magmatisme Karoo, la dilatation crustale a été accomodée pour l'essentiel, par l'intrusion des dykes, sans l'intervention de failles extensives. Les faisceaux de dykes Karoo N110 et N70 se sont injectés le long de discontinuités pré-éxistantes intra-socle, réactivées comme des fractures obliques (N110) ou en extension pure (N70) en réponse à une extension régionale orientée au N160. A l'échelle régionale, le système radial de dykes/fractures Karoo convergeant au point triple de Nuanetsi est donc interprétée comme une structure héritée, superposée aux bordures des cratons du Kaapvaal et du Zimbabwe, et il ne peut donc plus être considéré comme l'expression spécifique d'un panache mantellique.BREST-BU Droit-Sciences-Sports (290192103) / SudocPLOUZANE-Bibl.La Pérouse (290195209) / SudocSudocFranceF

Structure, chronology and mode of emplacement of the geant Okavango dyke system, Nord-Botswana. A multi-disciplinary approach

Les complexes de laves et dykes basaltiques formant la Grande Province Magmatique Karoo d'Afrique Australe (140 000 km2) se prolongent vers l'Est au niveau de la ceinture ignée de Ferrar, en Antarctique. L'origine de ces provinces magmatiques est généralement attribuée, soit à la mise en place d'un panache mantellique dont l'expression de surface se marquerait par la convergence de plusieurs systèmes de dykes géants dans la région de Nuanetsi (SO Zimbabwe), soit au poinçonnement d'une zone de subduction par un panache. Parmi les systèmes de dykes Karoo, le complexe géant de l'Okavango (ODS), situé au NE du Botswana, apparait sur les cartes aéromagnétiques comme une structure magmatique linéaire (N110E) de dimensions exceptionnelles (2000 x 100 km), recoupant le socle Précambrien et sa couverture Karoo (sédiments et laves). L'ODS constitue donc un indicateur de premier ordre pour mieux contraindre les modèles géodynamiques appliqués à la Grande Province Magmatique Karoo, et les buts principaux de cette thèse ont donc consisté, sur la base d'une approche multidisciplinaire, à préciser : 1) la chronologie de sa mise en place, 2) sa signature géochimique, 3) sa structure, et 4) son mode de mise en place. La chronologie Ar-Ar obtenue sur les dykes et les coulées basaltiques montre leur contemporanéité dans l'intervalle 178-180 Ma. Ces ages sont légèrement plus jeunes que ceux obtenus sur le magmatisme Karoo du NO Zimbabwe, de Namibie et d'Afrique du Sud. Ces datations ont également révélé la présence de dykes d'âge protérozoique au sein de l'ODS, suggérant la mise en place du complexe de dykes Karoo le long d'une structure linéaire pré-existante. L'analyse géochimique des basaltes de Shadi-Shadi montre que les 2 sous-provinces 'Low-Ti et High-Ti', précédemment supposées marquer une zonation spatiale majeure, indiquent plutot une zonation temporelle à l'intérieur des provinces Karro et Ferrar. Les signatures géochimiques des roches mafiques 'Low-Ti et High-Ti' du NE Botswana sont typiques d'une origine à partir d'un manteau enrichi lors d'un processus de subduction situé plus au sud. Les mécanismes de mise en place de l'ODS ont été abordés sur la base de l'analyse de 1) données aéromagnétiques, 2) relevés magnétiques au sol, mesures de l'Anisotropie de Susceptibilité Magnétique, et 3) observations structurales. L'ODS est interprété comme un complexe filonien alimenté par du magma se propageant latéralement d'E en W. L'existence éventuelle d'une chambre magmatique intermédiaire dans la région de Tuli est suggérée par des directions d'écoulement vertical dans les dykes. Cette chambre magmatique se serait comportée comme un réservoir de stockage, contribuant à maintenir l'écoulement du faisceau sur une distance de plus de 2000 km. Les mesures structurales indiquent que, durant la phase de magmatisme Karoo, la dilatation crustale a été accomodée pour l'essentiel, par l'intrusion des dykes, sans l'intervention de failles extensives. Les faisceaux de dykes Karoo N110 et N70 se sont injectés le long de discontinuités pré-éxistantes intra-socle, réactivées comme des fractures obliques (N110) ou en extension pure (N70) en réponse à une extension régionale orientée au N160. A l'échelle régionale, le système radial de dykes/fractures Karoo convergeant au point triple de Nuanetsi est donc interprétée comme une structure héritée, superposée aux bordures des cratons du Kaapvaal et du Zimbabwe, et il ne peut donc plus être considéré comme l'expression spécifique d'un panache mantellique.BREST-BU Droit-Sciences-Sports (290192103) / SudocPLOUZANE-Bibl.La Pérouse (290195209) / SudocSudocFranceF

Karoo large igneous province: Brevity, origin, and relation to mass extinction questioned by new 40Ar/39Ar age data

The peak activities of continental flood basalts are currently considered as huge and brief (1 m.y.) magmatic events, with strong implications for geodynamics and biotic turnover. New 40Ar/39Ar dates on the Karoo flood basalts (southern Africa) show a longer duration of magmatism (8 m.y., with 6 m.y. for the main volume) with an apparent south-to-north migration, along with briefer distinctive pulses inside the province. This suggests that the Karoo province does not fit the general plume model invoked for most continental flood basalts (including the Karoo) and may explain the absence of a major contemporaneous mass extinction