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Extended abstract : Caribbean science and Innovation Meeting 2019; International audience

Fluid seepage features on the upper continental slope offshore Congo are investigated using multi-disciplinary datasets acquired during several campaigns at sea carried out over the last 15 years. This datasets includes multibeam bathymetry, seismic data, seafloor videos, seafloor samples and chemical analyses of both carbonate samples and of the water column. Combined use of these datasets allows the identification of two distinctive associations of pockmark-like seabed venting structures, located in water depths of 600–700 m and directly above a buried structural high containing known hydrocarbon reservoirs. These two features are called spiders due to the association of large sub-circular depressions (the body) with smaller elongate depressions (the legs). Seismic reflection data show that these two structures correspond to amplitude anomalies locatedca. 60–100 ms below seabed. The burial of these anomalies is consistent with the base of the methane hydrate stability domain, which leads to interpret them as patches of hydrate-related bottom-simulating reflection (BSR). The morphology and seismic character of the two structures clearly contrasts with those of the regional background (Morphotype A). The spider structures are composed of two seafloor morphotypes: Morphotype B and Morphotype C. Morphotype B makes flat-bottomed depressions associated with the presence of large bacterial mats without evidence of carbonates. Morphotype C is made of elongated depressions associated with the presence of carbonate pavements and a prolific chemosynthetic benthic life. On that basis of these observations combined with geochemical analyses, the spider structures are interpreted to be linked with methane leakage. Methane leakage within the spider structures varies from one morphotype to another, with a higher activity within the seafloor of Morphotype C; and a lower activity in the seafloor of Morphotype B, which is interpreted to correspond to a domain of relict fluid leakage. This change of the seepage activity is due to deeper changes in gas (or methane) migration corresponding to the progressive upslope migration of fluids. This phenomenon is due to the local formation of gas hydrates that form a barrier allowing the trapping of free gas below in the particular context of the wedge of hydrates.

International audience; For over 50 years, sedimentary basins have been considered as the lithosphere's surface film, belonging to the subsurface domain and containing the vast majority of accessible mineral and energy resources. Beyond their human use, sedimentary basins are more importantly the ultimate exchange interface between the earth's main reservoirs. Firstly, between the upper lithosphere and the atmosphere-hydrosphere reservoirs, exchanges are mainly vertical. Next, between the onshore reservoirs, i.e., on the continental part, and the offshore reservoirs, i.e., in the submerged part of the margins, exchanges are lateral and may take place over great distances. Unexpected low accumulations and/or dry...

International audience; Cold seeps, located on sea floors and frequently fueled with methane, have been much studied for the formation of carbonate nodules, crusts or masses resulting from the activity og communities of anaerobic bacteria. In this paper, we examine the impact of cold seepage on their caging sediments, as far as their geochemical composition and microfaunal content are concerned. To this end, two fossil cold seeps of the Jurassic Beauvoisin site (Vocontian Trough, SE-France) are studied, focusing on the redox-sensitive and/or sulfide-forming trace metals. We observe that: 1) the carbonate edifices of the cold seeps are enriched in specific elements, namely, Sr, Mo As and Sb, compared to their caging marlstones, and 2) the benthic foraminifer populations were present close to the edifices. The Sr enrichment is ascribed to a contamination of the seeping fluids at the contact with underlying evaporites; the Mo-As-Sb enrichment may have several, non-exclusive, origins. We retain two scenarios; in the first one, the enrichment is due to the ascending fluids that could collect these elements when passing through thick shaly formations; in the second scenario, Mo, As and Sb were supplied to the sites of carbonate precipitation together with Fe- and Mn-oxy-hydroxides (the so-called particulate shuttle process). We favor the second scenario (possibly coupled to the first one) because the rather uncommon Mo-As-Sb association is also observed for reducing sediments deposited under the influence of Fe-Mn-shuttling.

Evidence of fluid flow features and their mechanisms of migration through the sedimentary pile are a known phenomenon on continental margins. It has been widely studied over the past twenty years, notably due to the improved resolution of seismic data and the abundance of data in these areas due to oil and gas exploration.The Lower Congo basin, offshore West Africa, is a prolific petroleum province that has been extensively studied, and has been in operation for over 30 years. The area of interest is located above a producing oil field (the Moho license), in which hydrocarbons are trapped in turbidite channels. The work is primarily based on the analysis of geophysical data including 3D and 2D-THR seismic, multibeam bathymetry and corresponding backscatter, as well as background data (samples taken from ROV photos, geochemical analyses).The analysis of this important seismic dataset revealed abundant evidence of fluid migration in the Mio-Pliocene sedimentary pile. They mainly correspond to indications of vertically focused migration, including current fluid expulsion structures on the seafloor, and buried structures, interpreted as fossile and indicating former activity of the fluid expulsion system. The studied fluid migration features mainly consist of pockmarks (depressions) and carbonate cementations. These two types of indicators can build vertical stacks, over several hundred meters, highlighting the durability of the fluid escapes and suggesting the development of real pipes.A new type of pockmarks has been discovered, the spider structures, which are located above a turbiditic reservoir, and which result from a focused migration of thermogenic hydrocarbons. They are related to gas hydrates, in the context of a sloping BSR (Bottom Simulating Reflector), due to the presence of the hydrate wedge. A dynamic model of their functioning is proposed, showing that these structures develop upslope, due to the gas migration under the sloping BSR. A study of the BSR, in the particular context of the hydrates wedge, allows to propose a model of gas escapes, linked to the dissociation of the hydrates, during a sea level fall. This model presents a dissociation of gas hydrates of regional scale (associated with biogenic gas), localized at the gas hydrate wedge zone of the last lowstand. Finally, the network of fluid escape structures of the Mio-Pliocene interval was investigated in order to understand its architecture and the mechanisms of fluid migration in the study area. Hydrocarbons appear to migrate mainly along certain portions of faults and vertically crosscutting the sedimentary pile through pipes or chimneys. The base of the Pliocene, associated with a sea level fall, marks the formation of the first paleo-spiders, as well as a level containing numerous evidence of gas. A model of this network of fluid migrations is proposed, integrating the indicators of hydrocarbon migrations through the sedimentary pile, and the major event of the Pliocene base. This study seems to indicate that a the sea level fall constitute a trigger for the fluids migrations, in the basin.This work thus marks the starting point of a larger-scale investigation which consists in, on the one hand, searching for similar structures (spiders and bands of pockmarks) in other basins ; and, on the other hand, by comparing fluid flow events with the eustatic curve.; Les structures d’échappement de fluides et leurs mécanismes de migration à travers la pile sédimentaire sont un phénomène connu sur les marges continentales. Elles ont été largement étudiées depuis une vingtaine d’années, notamment en raison de l’amélioration de la résolution des données sismiques, et de l’abondance des données dans ces zones, du fait de la prospection pétrolière. Le bassin du Bas Congo, au large de l'Afrique de l’ouest, est une province pétrolière prolifique qui a été largement étudiée et qui est exploitée depuis plus de 30 ans. La zone d’intérêt est située au-dessus d'un champ pétrolier producteur (la zone de Moho), dans laquelle les hydrocarbures sont piégés dans des chenaux turbiditiques. Le travail est principalement basé sur l'analyse de données géophysiques comprenant de la sismique 3D et 2D-THR, de la bathymétrie multifaisceaux et la rétrodiffusion correspondante, ainsi que des données de fond (échantillons prélevés, photos ROV, analyses géochimiques). L'analyse de cet important jeu de données sismiques a révélé de nombreuses évidences de migration de fluides dans la pile sédimentaire mio-pliocène. Ces dernières correspondent principalement à des indices de migration focalisée de fluides, incluant des structures actuelles d’expulsion de fluides sur le fond de l’eau et des structures enfouies, interprétées comme fossiles, et indiquant une activité ancienne du système d’expulsion de fluides. Les indices de migrations de fluides étudiés correspondent principalement à des pockmarks (dépressions) et à des cimentations carbonatées. Ces deux types d’indices peuvent s’empiler sur plusieurs centaines de mètres, mettant en évidence la pérennité des échappements et suggérant le développement de véritables conduits.Un nouveau type de pockmarks a été mis en évidence, les structures en araignée, qui sont localisées au-dessus d'un réservoir turbiditique, et qui résultent d'une migration focalisée des hydrocarbures thermogéniques. Leur fonctionnement est lié aux hydrates de gaz dans le contexte d’un BSR penté (Bottom Simulating Reflector), du fait de la présence du biseau des hydrates. Un modèle dynamique de leur fonctionnement est développé, montrant que ces structures se développent vers l'amont de la pente, du fait de la migration du gaz sous le BSR penté. Une étude du BSR, dans le contexte particulier du biseau des hydrates, permet de proposer un modèle des échappements de gaz liés à la dissociation des hydrates, lors d'une baisse du niveau marin. Ce modèle met en scène une dissociation des hydrates de gaz d'échelle régionale (associée à du gaz biogénique), localisée au niveau du biseau des hydrates du dernier bas niveau marin. Enfin, le réseau de structures d’échappements de fluides de l’intervalle Mio-Pliocène a été investigué dans le but de comprendre son architecture et les mécanismes de migration de fluides dans la zone d’étude. Les hydrocarbures semblent migrer principalement le long de certaines portions de failles et verticalement à travers la pile sédimentaire sous forme de « pipes » ou de cheminées. La base du Pliocène, associée à une baisse du niveau marin, marque la formation des premières paléo-araignées ainsi que d'un niveau contenant de nombreux indices de présence de gaz. Un modèle de ce réseau de migrations de fluides est proposé, intégrant les chemins de migrations des hydrocarbures à travers la pile sédimentaire, et l’événement majeur de la base Pliocène. Cette étude semble indiquer que les phases de baisse du niveau marin constituent des déclencheurs pour la migrations des fluides dans les bassins.Ce travail marque ainsi le point de départ d'une investigation à plus grande échelle qui consiste d'une part à rechercher des structures similaires (araignées et bandes de pockmarks) dans d'autres bassins et d'autres part à comparer les événements d'échappement de fluides à la courbe eustatique.

Sand intrusions (or injectites) are most often the product of post-depositional remobilization of sand leading to its injection into the surrounding rocks. While injectites were recognized for the first time nearly 200 years ago, their emplacement process has been studied for a couple of decades only, since the concepts of deep sea depositional environments have allowed us to better understand their emplacement processes. However, these processes are still relatively poorly understood. Our approach is based on the study of injectites in the Lower Congo Basin from seismic and well data, which we compare to a fossil system in the SE France basin. We have shown that: (1) In buried turbidite channel systems draping deposits on the channel flanks and terraces of channels have the same geophysical signature as 'wing-like' injectites. Finally, the only criterion for identifying seismic injectites is the presence of bedding-discordant seismic reflections, and in the best case the associated uplift of the overlying seismic reflectors. (2) Seismic-scale conical and saucer-shaped sand injectites have been identified in the Lower Congo Basin. The remobilization is likely due to overpressuring induced by the buoyancy effect of hydrocarbons trapped in the margins of a lobe buried underneath 160 m of sediment, followed by the sudden injection of fluidized sand associated with fault reactivation of faults (with a possible role of nearby salt diapirs). (3) A network of injectites (dykes, sills/wings and laccoliths) was formed in the Vocontian basin during the late Albian and/or early Cenomanian, from a lower-middle Albian turbidite channel. The emplacement is probably due to the early compartmentalization of the channel during its burial and the increase of the sedimentation rate generating overpressure; and the subsequent large influx of deep fluids triggering injection. The injection of sand was polyphased: a first episode formed the sills and another emplaced the dykes. Sills/wings and dykes propagated about 2 km laterally away from the parent sand body and about 200 m up to the surface, revealing a much more extended lateral than vertical reach, contrary to the classically accepted idea from the interpretation of seismic data. (4) The emplacement of this large network of injectites was governed by hydrofracturing. Therefore, its morphology is dependent on the host rock heterogeneity (isotropy, fractures), the paleo-stress orientation (ó3 = NW-SE) and the burial depth of the source (300-600 m) at the time of injection. The study of this fossil network allows us to define the relationship between morphology of the injected network and stress state at the time of injection. This relationship can be extrapolated to constrain the morphology of subsurface networks beyond seismicvisibility. (5) Sands injected into low permeability lithologies bear evidence to a major event of fluid escape in the studied basin, but also channeled fluids long after their formation. In this way, injectites both attest to specific episodes of fluid migration in sedimentary basins and contribute to long-lived re-routing of migrating fluids once emplaced. The injection of sand is associated with the sudden escape of fluids, probably resulting from a significant tectonic and/or sedimentary event; in addition, the architecture of injectite networks is governed by the local paleo-stress and heterogeneity in the host rock. Consequently, characterizing injectite networks is an important step in understanding the plumbing systems of continental margins, i.e. the post-depositional evolution of sedimentary basins., Les intrusions sableuses (ou injectites) sont le plus souvent le produit de la remobilisation post-dépositionnelle des sédiments et de l'injection du sable dans les roches environnantes. Bien que reconnues pour la première fois il y a près de 200 ans, elles ne sont réellement étudiées que depuis quelques dizaines d'années, depuis que les concepts sur les environnements de dépôt dans les domaines marins profonds nous permettent de mieux comprendre les processus de mise en place. Cependant, ces processus restent encore aujourd'hui relativement mal compris. Notre approche repose sur l'étude d'injectites dans le bassin du Bas-Congo a partir de données de sismique et de puits que nous comparerons a un système fossile dans le bassin du SE de la France. Nous avons montre que : (1) Dans des systèmes de chenaux turbiditiques enfouis, les dépôts de drapage sur les marges et terrasses de chenaux présentent la même signature géophysique que les injectites de type "wing". Finalement, le seul critère sismique d'identification des injectites est la présence de réflexions sismiques sécantes vis-a-vis de la stratigraphie associée dans le meilleur des cas au soulèvement des réflecteurs sismiques sus-jacents. (2) Des injectites d'échelle sismique en forme de cône et d'assiette ont été identifiées dans le bassin du Bas-Congo. La remobilisation résulte probablement des pressions anormales induites par l'effet de flottabilité des hydrocarbures piégés dans les marges d'un lobe enfoui sous 160 m de sédiment, puis de l'injection soudaine du sable fluidise associée a la réactivation de failles (possible rôle des diapirs de sel a proximité). (3) Un réseau d'injectites (dykes, sills/wings et laccolites) s'est formé dans le bassin Vocontien entre la fin de l'Albien supérieur et/ou le début du Cénomanien, depuis un chenal turbiditique de l'Albien inférieur-moyen. La mise en place résulte probablement de la compartimentalisation précoce du chenal au cours de son enfouissement et de l'augmentation du taux de sédimentation générant la surpression et de l'apport ulterieur d'importante quantité de fluides profonds déclenchant l'injection. L'injection du sable a été polyphasée : une première injection a formé des sills et une suivante des dykes. Les sills/wings et les dykes se sont propagés latéralement au chenal source sur environ 2 km et vers la surface sur environ 200 m, mettant en évidence une forte remobilisation latérale plutôt que verticale, contrairement a l'idée classiquement admise a partir de l'interprétation des données sismiques. (4) La formation de ce large réseau d'injectites a été gouvernée par des mécanismes d'hydrofracturation. Par conséquent, sa morphologie a été dépendante des hétérogenéités de la roche hôte (milieu isotrope, fracture), des directions de paléo-contraintes (ƒÐ3 = NWSE) et de la profondeur d'enfouissement de la source (300-600 m) au moment de l'injection. L'étude de ce réseau fossile permet de définir les relations entre morphologie du réseau injecté et état de contraintes au moment de l'injection. Cette relation peut être extrapolée de façon à contraindre la morphologie des réseaux de subsurface au-delà de la visibilité sismique. (5) Les sables injectés dans des lithologies de faible perméabilité témoignent d'un épisode d'échappement de fluide important dans les bassins étudiés mais ont aussi guide les fluides longtemps après leur formation. Les injectites contribuent ainsi a l'initiation épisodique et la pérennisation de migrations de fluides dans les bassins sedimentaires. Le processus d'injection est associé a l'échappement brutal de fluides, résultant vraisemblablement d'un évènement tectonique et/ou sédimentaire important, et l'architecture des réseaux d'injectites est gouverné par les paléo-contraintes locales et les hétérogénéités de la roche hôte. Par conséquent, la caractérisation des réseaux d'injectites est une étape importante dans la compréhension de la plomberie des marges, c'est-a-dire l'évolution post-dépôt des bassins sédimentaires.