Assessment of gas hydrate and free gas distribution on the South Shetland margin (Antarctica) based on multichannel seismic reflection data

Processing and interpretation of a grid of intermediate-resolution multichannel seismic reflection profiles collected on the NE sector of the South Shetland continental margin allowed us to map the lateral extent of a Bottom Simulating Reflector (BSR). The margin, an accretionary wedge located off the northern tip of the Antarctic Peninsula, consists of two distinct and superimposed tectonic regimes: an older regime is related to Mesozoic–Middle Cenozoic subduction-related tectonism; a younger one is associated with a mainly extensional tectonic phase, and related to the Oligocene development of the western Scotia Sea. The occurrence of the BSR appears to be controlled by the geological structure of the margin. The BSR lacks continuity near basement structures, main geological discontinuities and faults. On the other hand, the amplitude and continuity of the BSR are not affected by the presence of folded structures and undeformed sedimentary layering. We found that the BSR is mostly confined to the NE sector of the South Shetland Margin, where propagation of faulting associated with the Shackleton Fracture Zone may have driven migration of natural gas towards the surface and created the conditions for a BSR to appear. The application of reflection tomography techniques allowed us to reconstruct the averaged seismic velocity field between the seafloor and BSR in order to map the depth of BSR. By averaging the observed velocity structure above and below the BSR, and applying a theoretical model of elastic wave propagation in porous media, we attempted as rigorous a quantitative assessment as possible of the natural gas present as gas hydrate above the BSR and as free gas between the BSR and the Base of Gas Reflector (BGR).

L'elaborazione e l'interpretazione di una griglia a risoluzione intermedia di profili sismici multicanale a riflessione raccolti sul settore NE del margine continentale delle Sud Shetland (Antartide)ci ha permesso di mappare l'estensione laterale di un riflettore che simula il fondo mare (BSR). Il margine, un prisma di accrezione situato al largo della punta settentrionale della Penisola Antartica, è caratterizzato da due distinti regimi tettonici che si sovrappongono: un regime più antico è legato alla tettonica legata alla subduzione Mesozoico-Cenozoico Medio, un regim più recente è associato a una fase tettonica prevalentemente estensionale, e legata allo sviluppo Oligocenico del mare occidentale di Scotia. L presenza del BSR sembra controllato dalla struttura geologica del margine. Il BSR manca di continuità nei pressi di strutture del basamento, principali discontinuità geologiche e faglie. D'altra parte, l'ampiezza e la continuità della BSR non sono influenzati dalla presenza di strutture piegate e stratificazione sedimentaria indeformata. Abbiamo trovato che il BSR è per lo più limitato al settore NE del South Shetland Margine, dove la propagazione delle faglie associate alla Shackleton Zone frattura può avere guidato la migrazione di gas naturale verso la superficie e creato le condizioni perche si formasse un BSR. L'applicazione di tecniche di tomografia a riflessione ha permesso di ricostruire il campo di velocità sismica media tra il fondo mare e il BSR per ricostruire la profondità del BSR. Con la struttura di velocità media osservata sopra e sotto il BSR, e applicando un modello teorico di un'onda elastica che si propaga in mezzi porosi, abbiamo tentato una valutazione quantitativa più rigorosa possibile del gas naturale presente come idrato di gas sopra il BSR e come gas libero tra il BSR ed il riflettore alla base del gas (BGR).