Etude des hydrates de gaz sur la marge active de Nankai (Japon) : Analyse des données de sismique réflexion 3D et inversion des formes d’onde

devant le jury: A. BONNEVILLE .............. Examinateur P. HENRY ................... Rapporteur G. LAMBARE ................. Examinateur F. LUCAZEAU ................ Co-directeur de thèse I. PECHER .................. Invité A. RIBODETTI ............... Invité S. SINGH ................... Directeur de thèse G. SPENCE .................. Rapporteur Résumé: L'analyse de données de sismique réflexion 3D sur la marge active de Nankai (Japon) a permis de mettre en évidence le BSR (bottom simulating reflector) et le double BSR. Le BSR est un contraste dimpédance acoustique à linterface séparant les sédiments riches en hydrates de gaz de forte vitesse au dessus et les sédiments riches en gaz libre en dessous. Le double BSR peut être considéré comme un BSR fossile ou résultant d'un mélange dans les sédiments des gaz de composition différente. Le BSR est par suite utilisé pour contraindre le régime thermique dans la boîte 3D (5km x 42.5 km) de la marge de Nankai. Le flux de chaleur calculé à partir des profondeurs du BSR donne des valeurs comprises entre 20-68 mW/m2. Des fortes amplitudes de BSR sont localisées dans les zones où le flux de chaleur est relativement faible, et des faibles amplitudes du BSR sont par contre localisées dans les zones où le flux de chaleur est relativement important. La circulation des fluides chauds perturberait l'amplitude du BSR. Par ailleurs, le BSR est absent au voisinage de la faille de Tokai dans la zone du bassin de pente, et est discontinu tantôt absent au niveau de la faille de Kodaiba dans la zone du bassin davant-arc. Dans la zone du bassin davant-arc où la distribution du BSR est plus importante, les résultats de linversion des formes d'onde ont permis de confirmer la présence des zones à forte vitesse (en rapport avec les hydrates de méthane) au dessus du BSR et des zones à faible vitesse (en rapport avec le gaz libre) en dessous du BSR. La présence du gaz libre sous jacent augmenterait l'amplitude du BSR. La concentration des hydrates de méthane estimée est inférieure à 25 %. Le volume moyen des hydrates de gaz calculé est de 0.85 km3. La concentration du gaz libre varie entre 0.7 et 8 %. Le volume moyen du gaz libre calculé est de 0.06 km3. Au regard de la superficie de la zone étudiée, on conclut que ces concentrations/volumes sont énormes mais, ne peuvent constituer un réservoir économiquement exploitable, car les hydrates de gaz sont disséminés dans les sédiments. Abstract: The analysis of 3D seismic reflection data on the Nankai (Japan) active margin showed evidence of a BSR (bottom simulating reflector) and a double BSR. The BSR is an acoustic impedance contrast at the interface separating sediments rich in gas hydrate, having a high velocity above, and sediments rich in free gas, having a low velocity below. The double BSR can be considered as a fossil BSR or can result from a mixture of gases of different compositions within the sediments. The BSR depth is used to constrain the thermal regime in the 3D box (5 km x 42.5 km) of the Nankai margin. The heat flow calculated from BSR depths gives values between 20-68 mW/m2. Strong BSR amplitudes are localized in the zone where the heat flow is relatively low, and weak BSR amplitudes are localized in the zone where the heat flow is relatively high. The circulation of warm fluids would perturb the amplitude of BSR. The BSR is absent around the Tokai fault in the slope basin zone, and is sometimes discontinuous or absent around the Kodaiba fault in the forearc basin zone. In the forearc basin where the distribution of the BSR is more important, full waveform inversion results allowed to confirm the presence of a zone with high velocity above the BSR, which could be due to the presence of gas hydrate in sediments. Just below the BSR, we find a low velocity zone, which could be due to the presence of the free gas in sediments. Strong BSR amplitude could be correlated with the presence of underlaying free gas. The estimated concentration of gas hydrate is lower than 25 %. The mean volume of gas hydrate calculated is about 85 x 107 m3. The estimated concentration of free gas varies between 0.7 and 8 %. The mean volume of free gas calculated is about 6 x 107 m3. In the study area, we conclude that these concentrations/volumes are enormous but, they cannot constitute an economically exploitable reservoir, because gas hydrates are disseminated in the sediments.