Esllavissaments submarins recents en el marge de l'Ebre i el canal d'Eivissa, Mediterrània occidental

Abstract

Els esllavissaments submarins són un fenomen generalitzat a tots els marges oceànics, sigui quina sigui la seva naturalesa. Des del punt de vista geològic, representen un dels processos més importants en la redistribució de sediment des de la plataforma i el talús superior cap a la base del talús i les planes abissals. Per causes diverses, grans volums de sediment es mobilitzen i es desplacen pendent avall a velocitats que poden ser grans, al llarg de desenes o centenars de quilòmetres fins a aturar-se i formar un nou dipòsit sedimentari de característiques molt diferents a l’inicial. En aquest canvi de propietats dels materials, degut al transport i a la resedimentació, rau part de la importància econòmica dels esllavissaments submarins, ja que els dipòsits resultants poden constituir futures roques magatzem d’hidrocarburs o, al contrari, esdevenir magnífics segells i evitar-ne la migració. En el seu caràcter sovint instantani, en les velocitats elevades que poden assolir i, en general, en el gran alliberament d’energia que poden comportar, hi rau el seu perill i, per tant, llur importància com a risc geològic. Sigui per afectació directa, com el col·lapse d’estructures costaneres i el trencament d’elements posats sobre el fons marí, o per afectació indirecta, com la generació d’onades gegants (tsunamis), els esllavissaments submarins representen un risc natural major.

Aquesta Tesi doctoral està centrada en l’estudi d’esllavissaments submarins ocorreguts en dues àrees que podrien ser especialment sensibles a les seves conseqüències: el golf de València i el canal d’Eivissa. En el golf de València. un gran esllavissament, anomenat BIG’95 debris flow, desencadenat fa 11.500 anys de calendari AP4, afecta uns 2.200 km2 del talús i la base del talús del marge de l’Ebre, donant lloc a un dipòsit sedimentari que cobreix 2.000 km2 amb potències de fins a 150 m. El volum total de sediment involucrat en aquest esllavissament fou de 26 km3, una xifra relativament modesta si hom la compara amb altres grans moviments de massa coneguts en altres marges continentals, però d’entitat suficient per a representar un risc per a una franja costanera fortament urbanitzada i per a les connexions submarines entre la península Ibèrica i les illes Balears.

Aquest gran moviment de massa fou l’objectiu d’un seguit de campanyes oceanogràfiques en les quals s’empraren diverses tècniques geofísiques, i s’obtingueren testimonis de sediment, a més d’efectuar observacions directes amb càmeres subaquàtiques. El resultat de l’anàlisi de les dades obtingudes forma el cos dels Capítols 2 a 6 (tres articles i dues contribucions a un llibre monogràfic). L’estudi i la interpretació de dades de batimetria de multifeix és l’objectiu del primer dels articles (Capítol 2). Les imatges obtingudes a partir del processat de les dades proporcionen una informació excepcional sobre la dinàmica de l’esllavissament submarí BIG’95, tot i fent palesa l’existència d’un seguit d’estructures en forma de blocs o monticles de sediment separats per depressions allargassades a la part mitjana del dipòsit. Això permet proposar una explicació per a la seva gènesi. Aquest capítol també inclou les dades de datació per 14C AMS del diposit de l’esllavissament. El tercer capítol, una contribució a un llibre monogràfic, mostra la informació obtinguda a partir d’imatges de sonar d’escombrada lateral arrossegat prop del fons, en especial de l’àrea de la cicatriu, on hom hi ha observat un escarpament de més de 100 m. d’alçada al talús continental. L’estudi de la morfologia, l’arquitectura del dipòsit i l’estructura en profunditat a l.’indret d’ocurrència mitjançant sísmica d’alta i molt alta resolució conforma el quart capítol (el segon dels articles). El cinquè capítol presenta l’estudi dels testimonis de sediment obtinguts a l’àrea del debris flow BIG’95. La informació obtinguda ha permès postular un model conceptual de la dinàmica del debris flow, la factibilitat física del qual ha estat comprovada amb l’ajut de programes informàtics de modelització i simulació numèrica d’esllavissaments submarins. Això es presenta al sisè capítol, el tercer dels articles que conformen la tesi.

A la mateixa campanya oceanogràfica en que hom va descobrir l’esllavissament BIG’95 (anomenat així ja que aquest era l’acrònim de la pròpia campanya), també s’obtingueren dades del canal d’Eivissa, al marge illenc del qual s’hi identificaren quatre petits esllavissaments, que són l’objectiu del quart article (Capítol 7). No per la seva mida (el més extens només té 16 Km2) deixen de ser importants, ans al contrari, ja que aquesta circumstància permet estudiar-los amb més facilitat en tota la seva extensió, i també en el seu conjunt. Els quatre esllavissaments comparteixen un únic pla de lliscament, i són situats en una àrea on abunden estructures d’escapament de fluids conegudes com pockmarks. Aquestes característiques suggereixen un origen comú relacionat amb la desestabilització del recobriment sedimentari per l’increment de la pressió de porus.

El primer capítol es una introducció sobre els esllavissaments submarins, llur classificació i antecedents bibliogràfics pel que fa al seu estudi. Inclou, a més, una explicació breu dels diferents mètodes utilitzats en les campanyes oceanogràfiques on s’obtingueren les dades en què es basa aquest estudi. També incorpora una descripció de la geologia del golf de València i del canal d’Eivissa. Finalment, el vuitè i novè capítols tracten de donar una visió integradora dels resultats i de resumir les conclusions obtingudes en els articles individuals .

Submarine landslides are widespread in ocean margins all over the world, both glacial and river­ dominated, and in volcanic archipelagos. From a geologica1 point of view, they are one of the most important processes in sediment redistribution from the shelf and upper slope to the base­of-slope and abyssal plains. Whatever the reason, large volumes of sediment mobilise and travel downslope large distances often at high velocities, before settling down forming a new sedimentary deposit with very different sedimentological characteristics compared to those of the original deposit. This change in the properties due to reworking during transport and sedimentation is the basis of their economic interest since resultant deposits can then act as future oil reservoirs or, on the contrary, as a geologic hydrocarbon trap. Landslides also pose a significant geologic risk since their almost punctual occurrence and the high velocities they can attain involve the release of large quantities of energy that could affect both directly or indirectly human made structures. Direct impact of landslides against coastal structures, submarine power wires, gas pipelines, telephone cables, or oil platforms can produce (and has produced) important economic losses; and the generation of tsunami waves due to the mobilisation of material can affect (and has affected) onshore structures.

Tiís Thesis is focused in the study of submarine landslides in two areas that are especially sensitive to their consequences: the Balearic Sea and the Eivissa Channel, in the Northwestem Mediterranean Sea. In the Balearic Sea, a large debris flow, named BJG'95 debris jlow after the oceanographic survey in which it was discovered, dated to be 11,500 cal. years BP old, affected ca. 2,200 km2 of the slope and base-of-slope in the Ebro Margin, resulting in a 2,000 km2 deposit with a thickness of up to 150 m. Total volume of sediment involved was 26 km3 relatively small compared to those landslides happened in other margins such as the Scandinavian Margin but large enough to pose a risk for an area whose coastline has suffered an important anthropic occupation in recent times, and for the submarine links between the Iberian Peninsula and the Balearic Islands.

This landslide has been the target of a set of oceanographic surveys during which large quantities of geophysical data have been obtained together with sediment cores and live images of the seafloor by means of submarine remotely operated video camera. The result of the analysis of these data from the BIG'95 debris flow is the core of Chapters 2 to 6 (three papers and two contributions to a book).

Study and interpretation of swath bathymetry data is the target of the first of the papers (Chapter 2). Imagery obtained after data processing provide unprecedented insights on debris flow dynamics. They show a pattern of large sediment chunks separated by linear topographic lows in the intermediate depositional area. The genesis of this pattern is given based on the acoustic backscattering of the material and some seismic profiles. This chapter also includes the 14C AMS dating of the landslide. Side-scan sonar imagery obtained using different state-of-the-art instruments is presented in Chapter 3, a contribution to a monographic book. High-quality images from the 100-m-high headwall scar, showing its different morphologies, as well as images from the block-depression area provide information to be used later in the models. internal morphology and architecture of the landslide deposit and subsea-floor structure are given by high and very-high resolution seismic reflection profiles, included in Chapter 4, i.e. the second of the papers. Chapter 5 is another contribution to a book focused on the study of sediment cores obtained in the BIG'95 debris flow area. Gathering all the information provided by swath bathymetry, side-scan sonar, and seismic profiles, a conceptual model explaining the dynamics of sediment transport during the BIG'95 event has been established. This model, proved physically plausible using numerical modelling and real-time software simulation, is presented in Chapter 6, the third of the papers.

During the same survey in which the BIG'95 debris flow was discovered, additional swath bathymetry data were obtained from the Eivissa Channel south of the Baleario Sea. A set of four tiny landslides was identified in its Eastern margin, which was revisited in a latter survey. These landslides, the largest of which is only 16 km2, are the target of the fourth paper presented in this Thesis, in Chapter 7. Although they are small in size, this allows to study them in their entirety, and also to establish comparisons between them. The four slides share the same slip plane, and they are located in an area in which numerous fluid-escape pockmarks have been identified. These characteristics lead to think in a common origin and triggering mechanisms related to increase of pore pressure due to fluid escape.

The first chapter presents and introduction to submarine landslides, a review of some of the most important landslides cited in the bibliography, as well as an introduction to the different methods to obtain the data used in the papers, together with a short comment on the geology of the studied areas. The eighth and ninth chapters outline a compilation of the results obtained and a summary of the conclusions of the individual papers, respectively.