Using ODP Boreholes for Studying Sub-seafloor Hydrogeology: Results from the First Decade of CORK Observations

A system for sealing and instrumenting ODP boreholes was developed 10 years ago to allow interstitial fluids to be sampled, and natural fluid pressures and temperatures to be monitored over long periods of time. The capabilities of these CORK (Circulation Obviation Retrofit Kit) observatories have been expanded recently to allow monitoring and sampling in multiple isolated horizons, and to allow installations to be completed by wireline in previously drilled holes. To date, 16 hydrologie observatory sites have been established in ridge crest, ridge flank, and accretionary prism settings. Observations at these sites have provided precise constraints on the primary driving forces for, and thermal consequences of, sub-seafloor fluid flow caused by tectonic consolidation and thermal buoyancy. Deep in accretionary prisms, high formation pressures have been observed, confirming that plate boundary faults possess little strength. In young ocean crustal settings, surprisingly low lateral temperature and pressure gradients have been documented, implying that the extrusive rocks of the oceanic crust permit efficient fluid, heat,and chemical transport over distances of many kilometres. CORK observations have also revealed pressure variations and associated fluid flow resulting from coseismic plate deformation, and from tidal, oceanographic, and barometric loading of the seafloor. The characteristics of the formation response to seafloor loading provide constraints on elastic and hydrologic properties, and allow quantitative estimates of crustal strain to be made from tectonic-strain-related pressure transients. Strain events have been observed up to 150 km away from several seismogenic dislocations along transform and seafloor spreading plate boundaries. Résumé Un système d'instrumentation et de scellement des puits de forage du PSFM (Programme de sondage des fonds marins) a été mise au point il y a 10 ans pour permettre l'échantillonnage des fluides interstitiels ainsi que la mesure suivie de la température et de la pression des fluides sur de longues périodes. Les possibilités d'observation offertes par ces trousses d'obturation rétro-installées (TOR) ont été améliorées afin de permettre la mesure en continu et l'échantillonnage de multiples horizons isolés, et d'en permettre l'installation par filin dans les puits existants. À ce jour, 16 sites d'observation de ce genre ont été installés dans des environnements de dorsales, la crête et le flanc, et de prismes d'accrétion. Les observations réalisées sur ces sites ont fourni des balises précises quant à l'action des forces premières en jeu et les répercussions thermiques des mouvements de fluides sous les planchers océaniques causés par la consolidation tectonique et la poussée thermique. Dans les profondeurs des prismes d'accrétion, on a mesuré de forte pressions, ce qui confirme que les failles bordières des plaques n'ont que peu d'effet. Dans le contexte de croûtes marine jeunes, on a noté l'existence de gradients thermiques et de pressions étonnamment faibles, ce qui implique que les roches extrusives de la croûte océanique permettent un mouvement thermique, calorique et fluidique efficace sur des distances de bien des kilomètres. Les observations TOR ont également permis de découvrir que des variations de pression avec leurs mouvements de fluides associés étaient causés par la déformation tectonique co-séismîque de la plaque, ainsi que de la charge océanographique, barométrique et tidal du plancher océanique. Les caractéristiques de la réaction de la formation à la charge sur le fond océanique permettent de circonscrire les propriétés élastiques et hydro logiques, et permettent des estimations quantitatives de la contrainte crustale à partir des transitoires de pression résultant de contraintes tectoniques. Des événements déformants ont été observés jusqu'à 150 km du Heu de plusieurs dislocations séismogéniques le long de frontières de transformation et d'expansion océanique