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net of joints has been observed along the whole scarp and numerous fluid vents associated with colonies of giant clams have been discovered. The biostratigraphical analysis of sediments sampled during the dives confirms that deep layers of the middle slope are exposed along the scar, thus confirming the previous hypothesis relative to the origin of this feature. Abridged English Version — Previous studies conducted along the active margin off northern Peru have shown that large-scale subsidence has affected the whole margin in the last million years ([1] to [8]). In the area offshore Paita, detailed mapping was first conducted using the multibeam echo-sounder SEABEAM during the SEAPERC cruise [11]. The surveyed area is characterized by the presence of three curved scarps named the Upper Slope Scarp (USS), the Middle Slope Scarp (MSS) and the Lower Slope Scarp (LSS) [12] (fig. 1). The USS and MSS correspond respectively to the lower and the upper limits of the middle slope which extends from 3,000 to 4,500 m depth. The MSS has a curved shape with its northern and southern parts trending respectively East-West and North-South and slope gradients varying from 10 to 30° (figs. 2 and 3). The plateau located between the USS and the MSS was interpreted as the surface of a tilted block bounded landward by a major normal fault which merges along the USS ([11], [13], [14]). The MSS is regarded as a scar along which an important volume of rocks has slid down towards the trench ([11], [13], [14]) as a consequence of an oversteepening of the seaward flank of a rollover fold developed in the middle slope area during the last 400 kyr [15]. The northern part of the middle slope shows a structural pattern characterized by small valleys and ridges roughly parallel to the curvature of the USS (fig. 2), suggesting that the structure of this area is controlled by mass movements in relation with slope instabilities. Such features developed in a subduction context have led to classification of the Peruvian margin as a type of extensional active margin ([11], [16]). In order better to constrain
USS and the MSS was interpreted as the surface of a tilted block bounded landward by a major normal fault which merges along the USS ([11], [13], [14]). The MSS is regarded as a scar along which an important volume of rocks has slid down towards the trench ([11], [13], [14]) as a consequence of an oversteepening of the seaward flank of a rollover fold developed in the middle slope area during the last 400 kyr [15]. The northern part of the middle slope shows a structural pattern characterized by small valleys and ridges roughly parallel to the curvature of the USS (fig. 2), suggesting that the structure of this area is controlled by mass movements in relation with slope instabilities. Such features developed in a subduction context have led to classification of the Peruvian margin as a type of extensional active margin ([11], [16]). In order better to constrain the tectonic and gravity processes that have occurred in such a subduction context, eight dives of the submersible Nautile were conducted along the East-West and North-South trending parts of the MSS during the first leg of the NAUTIPERC cruise in March to April 1991 (fig. 4). The MSS exposes moderately indurated sedimentary rocks, mostly claystone, siltstone, fine-grained sandstones and minor dolostone. It appears to be a composite feature consisting of a succession of small cliffs, steep slopes covered with fresh screes and flat areas covered with recent pelagic ooze. Very recent scars have been observed locally, confirming that rock falls and other gravity flows are still active along the scarp. The rocks exposed along the MSS are characterized by the development of numerous joints and fractures at various scales (decimetre, metre). Major joint orientations measured directly along the scarp are NO, N20, N 40-45, N90 and N 120 for the East-West trending part of the MSS. They are N 10, N45, N90 and N 130 for the North-South segment. There is no clear difference between the orientations of joint sets of each segment of the MSS. As shown by detailed study of the dolomites, early diagenetic processes are responsible for
indurated sedimentary rocks, mostly claystone, siltstone, fine-grained sandstones and minor dolostone. It appears to be a composite feature consisting of a succession of small cliffs, steep slopes covered with fresh screes and flat areas covered with recent pelagic ooze. Very recent scars have been observed locally, confirming that rock falls and other gravity flows are still active along the scarp. The rocks exposed along the MSS are characterized by the development of numerous joints and fractures at various scales (decimetre, metre). Major joint orientations measured directly along the scarp are NO, N20, N 40-45, N90 and N 120 for the East-West trending part of the MSS. They are N 10, N45, N90 and N 130 for the North-South segment. There is no clear difference between the orientations of joint sets of each segment of the MSS. As shown by detailed study of the dolomites, early diagenetic processes are responsible for the development of some of the observed joints [17]. It is not clear however whether most of the fracturation is related to later compressional or tensional tectonic stress acting on the margin. Micropaleontological results obtained from the samples collected during the dives are reported on figure 4. The oldest sediments are Miocene in age and have been sampled in the southernmost part of MSS. The remaining sediments are Pliocene or Quaternary in age [18] (fig. 4). This indicates that the scarp exposes deep levels of the middle slope thus confirming that this feature can be regarded as the scar of a major slide. This further suggests that the entire middle slope block is dipping towards the north [19]. A series of parallel, bathymetric sections across the middle and the upper slopes are shown in figure 3. The volume of rocks voided by mass wasting along the MSS can be estimated by comparison of the topographic profiles from the northern and southern parts of the mapped area. In the northern part, the middle slope has a dome-shape with seaward slope gradients ranging from 4 to 13°, whereas the average slope angle along the MSS is 25°. It thus appears that mass
are Miocene in age and have been sampled in the southernmost part of MSS. The remaining sediments are Pliocene or Quaternary in age [18] (fig. 4). This indicates that the scarp exposes deep levels of the middle slope thus confirming that this feature can be regarded as the scar of a major slide. This further suggests that the entire middle slope block is dipping towards the north [19]. A series of parallel, bathymetric sections across the middle and the upper slopes are shown in figure 3. The volume of rocks voided by mass wasting along the MSS can be estimated by comparison of the topographic profiles from the northern and southern parts of the mapped area. In the northern part, the middle slope has a dome-shape with seaward slope gradients ranging from 4 to 13°, whereas the average slope angle along the MSS is 25°. It thus appears that mass wasting occurred for slope gradients greater than 13°. Mass movements are still active along the scarp as revealed by the presence of a detaching block south of 5°40'. The block which has a convex slope profile is limited by a North-South trending, elevated valley which connects to a curved canyon cutting through the MSS. Numerous colonies of clams (Calyptogena sp.) and associated biological communities related to fluids vents have been discovered at different stations along the MSS ([20], [21], [22]), (fig. 4). The colonies are always linked to debris areas or to steep scarps, probably corresponding to active faults [12]. The isotopic analysis of fluids associated with barite deposits show high 87Sr/86Sr ratios, probably indicative of a continental derived component origin ([23], [24]). The colonies are most abundant in the northern part of the MSS (fig. 4). The largest clams field has been observed during dive NP 1-4 (fig. 4). The location of this field corresponds to the intersection between two main structural directions: a N-S direction outlined by the southern part of the MSS and a E-W direction outlined by the canyon 2 in the upper slope (fig. 2). Finally, our Nautile observations confirm that the curved scarp in
cutting through the MSS. Numerous colonies of clams (Calyptogena sp.) and associated biological communities related to fluids vents have been discovered at different stations along the MSS ([20], [21], [22]), (fig. 4). The colonies are always linked to debris areas or to steep scarps, probably corresponding to active faults [12]. The isotopic analysis of fluids associated with barite deposits show high 87Sr/86Sr ratios, probably indicative of a continental derived component origin ([23], [24]). The colonies are most abundant in the northern part of the MSS (fig. 4). The largest clams field has been observed during dive NP 1-4 (fig. 4). The location of this field corresponds to the intersection between two main structural directions: a N-S direction outlined by the southern part of the MSS and a E-W direction outlined by the canyon 2 in the upper slope (fig. 2). Finally, our Nautile observations confirm that the curved scarp in the middle slope of the Peru active margin at 5°40'S can be considered as the scar of a major rock slide which occurred very recently. The scarp exposes deep strata of the margin and the presence of numerous active fluid vents suggests recent pressure release. Moreover, the curved shape of the structural fabric of the northern middle slope and the presence of a detaching block along the MSS indicate a generalized instability of the entire middle slope domain. En 1986, le retraitement du profil de sismique multitrace CDP3 réalisé perpendiculairement à la côte au large de Paita, a conduit à interpréter les escarpements des pentes moyenne et supérieure comme la traduction de failles inverses, permettant alors de conclure à l’existence d’un prisme d’accrétion tectonique [10]. Cette interprétation a été remise en cause à l’issue de la campagne SEAPERC consacrée à des levés bathymétriques SEABEAM centrés sur le profil CDP 3 [11]. Du continent vers l’océan, quatre domaines ont été identifiés : la pente supérieure, la pente moyenne, la pente inférieure et la fosse. Les structures marquantes de l’ensemble de la pente sont représentées par trois escarpements curvilignes de 400 à 1 000 m de dénivelé sur une longueur maximale de
the structural fabric of the northern middle slope and the presence of a detaching block along the MSS indicate a generalized instability of the entire middle slope domain. En 1986, le retraitement du profil de sismique multitrace CDP3 réalisé perpendiculairement à la côte au large de Paita, a conduit à interpréter les escarpements des pentes moyenne et supérieure comme la traduction de failles inverses, permettant alors de conclure à l’existence d’un prisme d’accrétion tectonique [10]. Cette interprétation a été remise en cause à l’issue de la campagne SEAPERC consacrée à des levés bathymétriques SEABEAM centrés sur le profil CDP 3 [11]. Du continent vers l’océan, quatre domaines ont été identifiés : la pente supérieure, la pente moyenne, la pente inférieure et la fosse. Les structures marquantes de l’ensemble de la pente sont représentées par trois escarpements curvilignes de 400 à 1 000 m de dénivelé sur une longueur maximale de 30 km, à concavité tournée vers l’océan [11]. Du sommet de la marge vers la fosse, ces escarpements sont nommés respectivement : USS (Upper Slope Scarp), MSS (Middle Slope Scarp) et LSS (Lower Slope Scarp) [12] (fig. 1). L’USS marque la limite supérieure de la pente moyenne, le MSS, sa limite inférieure. Un profil de sismique multitrace oblique à la pente a permis de montrer que l’USS est l’émergence d’une faille normale majeure à pendage vers l’océan [11]. Ainsi, le plateau de la pente moyenne apparaît comme la surface d’un bloc basculé le long de cette faille [11], [13], [14]. Le MSS dont la dénivelée maximale atteint 1000 m pour une pente variant de 15 à 30° a été interprété comme la cicatrice d’arrachement d’un mégaglissement dont le matériel s’est accumulé sur la pente inférieure et dans la fosse [11], [13], [14]. L’arrachement est à mettre en relation avec un raidissement de la pente moyenne soumise à une déformation de type « roll-over », liée à l’activité de la faille normale sus-jacente [15]. Le nord de la pente moyenne présente un développement de rides et vallées dont les directions curvilignes suivent la courbure de l’USS (fig. 2). Ces déformations suggèrent
limite inférieure. Un profil de sismique multitrace oblique à la pente a permis de montrer que l’USS est l’émergence d’une faille normale majeure à pendage vers l’océan [11]. Ainsi, le plateau de la pente moyenne apparaît comme la surface d’un bloc basculé le long de cette faille [11], [13], [14]. Le MSS dont la dénivelée maximale atteint 1000 m pour une pente variant de 15 à 30° a été interprété comme la cicatrice d’arrachement d’un mégaglissement dont le matériel s’est accumulé sur la pente inférieure et dans la fosse [11], [13], [14]. L’arrachement est à mettre en relation avec un raidissement de la pente moyenne soumise à une déformation de type « roll-over », liée à l’activité de la faille normale sus-jacente [15]. Le nord de la pente moyenne présente un développement de rides et vallées dont les directions curvilignes suivent la courbure de l’USS (fig. 2). Ces déformations suggèrent que l’ensemble de la pente moyenne est soumise à un phénomène d’instabilité gravitaire. Analyse détaillée du MSS. Afin de mieux connaître le détail de ces structures et la nature des processus qui les ont engendrées, une étude détaillée des différents escarpements de la zone a été réalisée à l’aide du submersible Nautile lors de la campagne NAUTIPERC de mars à avril 1991. Quinze plongées ont été menées sur la zone Paita. Les résultats présentes ici ne concernent que les huit plongées effectuées durant le premier parcours de la campagne, le long du MSS. Quatre plongées ont eu lieu sur le segment E-W du MSS (plongées NP 1-1 à NP 1-4) et quatre sur le segment N-S (plongées NP 1-13 à NP 116) (fig. 4). L’escarpement met à l’affleurement des roches sédimentaires stratifiées et peu indurées : argilites, siltites et grès fins associées à de rares bancs de dolomies indurées. Ces roches présentent une fracturation intense, bien visible à différentes échelles (du décimètre au mètre). Toutes les plongées révèlent que le MSS est en fait composite et consiste en une succession d’escarpements de quelques mètres de hauteur à orientations variées et présentant des surfaces de cassures fraîches. Ils sont très souvent
submersible Nautile lors de la campagne NAUTIPERC de mars à avril 1991. Quinze plongées ont été menées sur la zone Paita. Les résultats présentes ici ne concernent que les huit plongées effectuées durant le premier parcours de la campagne, le long du MSS. Quatre plongées ont eu lieu sur le segment E-W du MSS (plongées NP 1-1 à NP 1-4) et quatre sur le segment N-S (plongées NP 1-13 à NP 116) (fig. 4). L’escarpement met à l’affleurement des roches sédimentaires stratifiées et peu indurées : argilites, siltites et grès fins associées à de rares bancs de dolomies indurées. Ces roches présentent une fracturation intense, bien visible à différentes échelles (du décimètre au mètre). Toutes les plongées révèlent que le MSS est en fait composite et consiste en une succession d’escarpements de quelques mètres de hauteur à orientations variées et présentant des surfaces de cassures fraîches. Ils sont très souvent surmontés de replats sédimentés. Ces successions de « marches » alternent localement avec des cônes d’éboulis. Le MSS présente ainsi une succession de petites niches d’arrachements, témoins d’éboulements locaux et récents, comme l’indique la fraîcheur de certains affleurements. Les directions de fractures et de diaclases relevées au cours des plongées se répartissent en plusieurs familles de direction NO, N20, N 40-45, N 90 et N 120 pour les plongées le long du segment E-W, et N 10, N 45, N 90 et N 130 pour les plongées NP 1-13 à NP 116 situées sur le segment N-S. À 10° près, les directions structurales sont semblables sur les parties E-W et N-S du MSS qui, de ce fait, ne peuvent être différenciées selon ce type de critère. L’origine des diaclases peut être attribuée à une évolution diagénétique précoce, comme le suggère l’étude détaillée des faciès dolomitiques [17], et à des contraintes tectoniques liées à l’évolution locale en compression ou en distension de la marge. Toutefois, l’absence de critères de mouvement sur les plans de fracturation majeurs et le large éventail d’orientations des diaclases ne permettent pas pour l’instant de déterminer l’orientation et la nature des contraintes responsables de la fracturation. Une
se répartissent en plusieurs familles de direction NO, N20, N 40-45, N 90 et N 120 pour les plongées le long du segment E-W, et N 10, N 45, N 90 et N 130 pour les plongées NP 1-13 à NP 116 situées sur le segment N-S. À 10° près, les directions structurales sont semblables sur les parties E-W et N-S du MSS qui, de ce fait, ne peuvent être différenciées selon ce type de critère. L’origine des diaclases peut être attribuée à une évolution diagénétique précoce, comme le suggère l’étude détaillée des faciès dolomitiques [17], et à des contraintes tectoniques liées à l’évolution locale en compression ou en distension de la marge. Toutefois, l’absence de critères de mouvement sur les plans de fracturation majeurs et le large éventail d’orientations des diaclases ne permettent pas pour l’instant de déterminer l’orientation et la nature des contraintes responsables de la fracturation. Une vallée perchée d’orientation Nord-Sud est visible au sommet du MSS au Sud de 5°40’S. Elle débouche dans un petit canyon curviligne entaillant l’escarpement. Cette vallée et ce canyon définissent les limites d’un bloc en voie de détachement, légèrement effondré le long de l’escarpement. Cet effondrement est également mis en évidence par une inversion dans le profil de pente à l’aplomb de la vallée perchée. Au nord de celle-ci, le profil est concave alors qu’au sud, au niveau du bloc glissé, la pente est convexe (fig. 2 et 3). Les plongées 14 et 13 montrent des affleurements très frais à la base de la zone effondrée. EXPLICATIONS DES PLANCHES Planche I Fig. 1. — Bathymétrie simplifiée de la zone Paita, espacement des isobathes : 100 m (modifié d’après Bourgois et al., 1986). USS : Upper Slope Scarp, MSS : Middle Slope Scarp, LSS : Lower Slope Scarp. Encart : localisation de la zone Paita sur la marge Nord Péruvienne, espacement des isobathes : 1 000 m (modifié d’après Bourgois et al., 1986). Fig. 1. — Simplified bathymetry of Paita area, contour interval: 100 m. (modified from Bourgois et al., 1986) USS: Upper Slope Scarp, MSS: Middle Slope Scarp, LSS: Lower Slope
par une inversion dans le profil de pente à l’aplomb de la vallée perchée. Au nord de celle-ci, le profil est concave alors qu’au sud, au niveau du bloc glissé, la pente est convexe (fig. 2 et 3). Les plongées 14 et 13 montrent des affleurements très frais à la base de la zone effondrée. EXPLICATIONS DES PLANCHES Planche I Fig. 1. — Bathymétrie simplifiée de la zone Paita, espacement des isobathes : 100 m (modifié d’après Bourgois et al., 1986). USS : Upper Slope Scarp, MSS : Middle Slope Scarp, LSS : Lower Slope Scarp. Encart : localisation de la zone Paita sur la marge Nord Péruvienne, espacement des isobathes : 1 000 m (modifié d’après Bourgois et al., 1986). Fig. 1. — Simplified bathymetry of Paita area, contour interval: 100 m. (modified from Bourgois et al., 1986) USS: Upper Slope Scarp, MSS: Middle Slope Scarp, LSS: Lower Slope Scarp. Lower insert: Location of Paita area on North Peruvian margin, contour interval: 1,000 m. (modified from Bourgois et al., 1986). Fig. 2. — Schéma morphostructural simplifié de la zone Paita. 1 sommet, 2 : creux, 3 escarpements à pente moyenne de 25 degrés, 4 : escarpements à pente moyenne de 10 degrés, 5 : limites de canyons, 6 faille normale, 7 contact de subduction, 8 : axe de vallée, 9 axe de ride. Fig. 2. Simplified morphostructural pattern of Paita area. 1: highs, 2: lows, 3: scarps of gradient 25 degrees on the average, 4: scarps of gradient 10 degrees on the average, 5: canyon boundaries, 6: normal fault, 7: subduction contact, 8: valley axis, 9: ridge axis. Fig. 1 Fig. 2 PLANCHE II/PLATE II Fig. 4 Fig. 5 Planche II Fig. 3. Profils bathymétriques sérieusement orientés Est-Ouest, réalisés du Nord au Sud sur les pentes moyenne et supérieure. Gris : Profils au Nord de la branche Est-Ouest du MSS; Noir : Profils au Sud de la branche Est-Ouest du MSS. Fig. 3. East-West bathymetric sections conducted from North to South on the middle and upper slope. Grey: Sections located at North of East-West part of MSS. Black: Sections
de 10 degrés, 5 : limites de canyons, 6 faille normale, 7 contact de subduction, 8 : axe de vallée, 9 axe de ride. Fig. 2. Simplified morphostructural pattern of Paita area. 1: highs, 2: lows, 3: scarps of gradient 25 degrees on the average, 4: scarps of gradient 10 degrees on the average, 5: canyon boundaries, 6: normal fault, 7: subduction contact, 8: valley axis, 9: ridge axis. Fig. 1 Fig. 2 PLANCHE II/PLATE II Fig. 4 Fig. 5 Planche II Fig. 3. Profils bathymétriques sérieusement orientés Est-Ouest, réalisés du Nord au Sud sur les pentes moyenne et supérieure. Gris : Profils au Nord de la branche Est-Ouest du MSS; Noir : Profils au Sud de la branche Est-Ouest du MSS. Fig. 3. East-West bathymetric sections conducted from North to South on the middle and upper slope. Grey: Sections located at North of East-West part of MSS. Black: Sections located at South of East-West part of MSS. Fig. 4. Plan de position des plongées du Nautile de la campagne NAUTIPERC 1991, sur le MSS. Cercles : âges des prélèvements, Triangles : colonies biologiques (Calyptogena sp.) indicatrices de sorties de fluides froids. Fig. 4. Position of Nautile dives from NAUTIPERC cruise, 1991, on the MSS. Circles: age of samples, Triangles: Biological colonies (calyptogena sp.) indicating of fluids vents. L'abondance des microfossiles siliceux (radiolaires, diatomées et silicoflagellés) a permis de dater une grande partie des échantillons prélevés lors des plongées. Les âges obtenus s'étendent du Miocène moyen au Quaternaire [18]. Les associations miocènes proviennent de la base des plongées NP 1-13 et NP 1-14 (fig. 4). La branche Est-Ouest du MSS n'a livré que des échantillons d'âges Pliocène supérieur à Quaternaire. Ces données montrent d'abord que l'escarpement met bien à nu les parties internes de la pente moyenne et suggèrent par ailleurs un plongement des couches vers le Nord [19]. La succession de coupes bathymétriques E-W à travers la pente moyenne présentée sur la figure 3 met en évidence le bombement de la pente moyenne au nord du MSS et souligne le profil d'arrachement du MSS. La pente augmente progressivement de