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Organic matter cracking: A source of fluid overpressure in subducting sediments

Authors :
Asuka Yamaguchi
Régis Thiery
Mohammed Boussafir
Vincent Famin
Claire Ramboz
Hugues Raimbourg
Maxime Vacelet
Jean-Robert Disnar
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 Magmas et Volcans (LMV)
Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC)
Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Géosciences (GEOSCIENCES)
Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratoire GéoSciences Réunion (LGSR)
Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)
Department of Earth and Planetary Science [Tokyo]
Graduate School of Science [Tokyo]
The University of Tokyo (UTokyo)-The University of Tokyo (UTokyo)
ANR-10-LABX-0100,VOLTAIRE,Geofluids and Volatil elements – Earth, Atmosphere, Interfaces – Resources and Environment(2010)
European Project: 290864,EC:FP7:ERC,ERC-2011-ADG_20110209,RHEOLITH(2012)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)
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)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe 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)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-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)-Observatoire de Paris
The University of Tokyo (UTokyo)
Source :
Tectonophysics, Tectonophysics, 2017, 721, pp.254-274. ⟨10.1016/j.tecto.2017.08.005⟩, Tectonophysics, Elsevier, 2017, 721, pp.254-274. ⟨10.1016/j.tecto.2017.08.005⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

International audience; The pressure of deep fluids in subduction zones is a major control on plate boundary strength and earthquake genesis. The record, by methane-rich fluid inclusions, of large (~ 50–100 MPa) and instantaneous pressure variations in the Shimanto Belt (Japan) points to the presence of large fluid overpressure at depth (300–500 MPa, ~ 250 °C). To further analyze the connection between methane and fluid overpressure, we determined with Rock-Eval the potential for a worldwide selection of deep seafloor sediments to produce methane as a result of organic matter (OM) cracking due to temperature increase during subduction. The principal factor controlling the methanogenesis potential of sediments is OM proportion, while OM nature is only a subordinate factor. In turn, OM proportion is mainly controlled by the organic terrigenous input. Considering a typical sediment from ocean-continent subduction zones, containing 0.5 wt% of type III OM, cracking of OM has two major consequences: (1) Methane is produced in sufficient concentration as to oversaturate the pore-filling water. The deep fluid in accretionary prisms is therefore a mechanical mixture of water-rich and methane-rich phases; (2) CH4 production can generate large fluid overpressure, of the order of several tens of MPa, The conditions for these large overpressure are a low permeability of the upper plate (< 2.10− 21 m2) and décollement zone (< 10− 18 m2), which may be prevailing in the depth domain (z > 10 km) where OM thermal cracking occurs. At these depths, OM thermal cracking appears as a source of overpressure larger than the last increments of smectite-to-illite reaction. Such large overpressures play potentially a role in facilitating slip along the plate interface. Conversely, the scarcity of earthquakes in ocean-ocean subduction zones such as Marianna or Barbados may be related to the low influx of detrital OM and the limited methane/overpressure generation at depth.

Details

Language :
English
ISSN :
00401951 and 18793266
Database :
OpenAIRE
Journal :
Tectonophysics, Tectonophysics, 2017, 721, pp.254-274. ⟨10.1016/j.tecto.2017.08.005⟩, Tectonophysics, Elsevier, 2017, 721, pp.254-274. ⟨10.1016/j.tecto.2017.08.005⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....815c9de4c7fe7059e6de7281f5b4fb96