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Deformation-enhanced diagenesis and bacterial proliferation in the Nankai accretionary prism

Authors :
Hugues Raimbourg
Anne-Marie Boullier
Vincent Famin
Muriel Andreani
Université de La Réunion (UR)
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP (UMR_7154))
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO)
Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Géodynamique - UMR7327
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement (LGL-TPE)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire GéoSciences Réunion (LGSR)
Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement [Lyon] (LGL-TPE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)
Source :
Solid Earth, Solid Earth, 2021, 12, pp.2067-2085. ⟨10.5194/se-12-2067-2021⟩, Solid Earth Discussions, Solid Earth Discussions, 2021, ⟨10.5194/se-2021-54⟩, Solid Earth, Vol 12, Pp 2067-2085 (2021)
Publication Year :
2021
Publisher :
Copernicus GmbH, 2021.

Abstract

Understanding diagenetic reactions in accreted sediments is critical for establishing the balance of fluid sources and sinks in accretionary prisms, which is in turn important for assessing the fluid pressure field and the ability for faults to host seismic slip. For this reason, we studied diagenetic reactions in deformation bands (shear zones and veins) within deep mud sediments from the Nankai accretionary prism (SW Japan) drilled at site C0001 during IODP Expedition 315, by means of microscopic observation, X-ray diffraction, and major- and trace-element analyses. Deformation bands are not only more compacted than the host sediment but are also enriched in framboidal pyrite, as observed under microscopy and confirmed by chalcophile-element enrichments (Fe, S, Cu, As, Sb, Pb). In tandem, one shear zone sample displays a destabilization of smectite or illite–smectite mixed layers and a slight crystallization of illite relative to its sediment matrix, and another sample shows correlated increases in B and Li in shear zones and veins compared to the host sediment, both effects suggesting a transformation of smectite into illite in deformation bands. The two diagenetic reactions of sulfide precipitation and smectite-to-illite transformation are explained by a combined action of sulfate-reducing and methanogen bacteria, which strongly suggests an increased activity of anaerobic microbial communities localized in deformation bands. This local bacterial proliferation was possibly enhanced by the liberation of hydrogen from strained phyllosilicates. We suggest that the proliferation of anoxic bacteria, boosted by deformation, may contribute to the pore water freshening observed at depth in accretionary prisms. Deformation-enhanced metabolic reactions may also explain the illitization observed in major faults of accretionary prisms. Care is therefore needed before interpreting illitization, and other diagenetic reactions as well, as evidence of shear heating, as these might be biogenic instead of thermogenic.

Details

ISSN :
18699529 and 18699510
Volume :
12
Database :
OpenAIRE
Journal :
Solid Earth
Accession number :
edsair.doi.dedup.....67f50971567ad66a4a84def10f3f6c7e