PHYSICAL PROPERTIES AND THEIR RELATIONSHIP TO TEXTURE AND CONSOLIDATION EFFECTS 

IN SEDIMENTS FROM MUD VOLCANOES IN THE ANAXIMANDER MOUNTAINS 

(EASTERN MEDITERRANEAN)

David Casas

1*

, Gemma Ercilla

1

, Vasilis Lykousis

2

, Panos Georgiou

2

, Grigoris Roussakis

2

1

Institut de Cičncies del Mar-CSIC. Passeig Marítim de la Barceloneta. 37-49. Barcelona. Spain - * davidc@icm.csic.es

2

National Centre for Marine Research- NCMR. Ag. Kosmas, Elliniko, 16604 Athens. Greece

Abstract

This research is focussed on the mud volcanoes Amsterdam, Kazan and Kula located in Anaximander Mountains. These volcanoes,

characterized by the presence of sediments containing gas and gas hydrate, have been sampled, recovering four gravity cores. For those

sediment located inside the mud volcanoes the physical properties are controlled by lithology and volcanic processes rather than degree

of compaction. This could suggest the possible present volcanic activity. Contrasting, the core located outside the Kula mud volcano

displays physical properties mostly related to consolidation effects and to the type of sediment at a detailed scale, as it occurs typically in

deep sea fine grained sediments. This suggests a restricted in?uence of volcanic processes outside the crater.

Keywords: Mud volcano, Gas Hydrate, Physical properties, Texture, Consolidation.

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

15

Physical properties of marine sediments are important variables to

understand geological events of marine environments. Several studies

have been conducted to examine the relationship between physical and

sedimentological parameters of marine sediments (1-4). The aim of this

work is to determine the effects of sedimentologic changes on the physical

properties of sediments containing gas hydrate recovered on the

Anaximander Mountains, offshore in the southwest Turkey. The research

is focussed on the known mud volcanoes Amsterdam, Kazan and Kula,

which are characterized by the presence of sediments containing gas and

gas hydrate (5, 6). These volcanoes have been sampled recently with a

gravity corer system, recovering four cores; An05GC1 in Amsterdam,

An07GC4 in Kazan and An14GC1 and An13GC1 in Kula mud volcanoes.

The Anaximander Mountains are located in one of the most rapidly

subsiding sections of the Mediterranean (7). At least, seven mud volcanoes

have been identified in the area. The origin of these volcanoes is associated

to the structural situation characterized by a compression zone that favours

the expulsion of overpressured ?uids at the surface. There are several

acoustic evidences in the area suggesting the presence of gas in the

sediments, such as acoustic turbidity, acoustic wipe-outs and pockmarks.

Likewise, sediment containing interstitial free gas, gas hydrate, and

carbonate crusts have been recovered on the volcanoes (5, 6).

The studied cores were analysed in order to know the physical

(magnetic susceptibility, acoustic velocity, and bulk density) and index

properties (e.g. water content, grain density, and shear strength), texture

and composition of the types of sediments. The physical properties

comprise continuous measurements with a multi sensor core logger,

whereas the index properties and textural analysis were made on discrete

samples.

Two different types of sediments have been defined, mud breccia and

hemipelagic mud. Mud breccia is characterized by a high content of clay

and silt ranging between 67-56 % and 19-30%, with percentage of sand

and gravel of about 14 %. Hemipelagic mud is characterized by a high

content of clay and silt and only a little percentage of sand (3%). The

stratigraphy of cores An05GC1, An07GC4, An14GC1 comprises the

vertical stacking of mud breccia, whereas the core An013GC1 is defined

by mud breccia that toward the top passes to hemipelagic mud; the contact

between both types of sediment is sharp.

Some differences between cores have been identified from the statistical

correlation of the different studied parameters. For cores An05GC1,

An07GC4, An14GC1 the physical properties are mainly controlled by

lithology; in fact, only positive correlations between sand and density

(R=0.47), and silt and density (R=0.69) have been observed. The physical

properties of the core An013GC1 are mostly related to compactation

(consolidation by overburden), but at detail scale shows variations related

to variations in defined texture (hemipelagic mud versusmud breccia). In

this sense, we have observed the following positive relationships: density

and P-wave (R=0.47), sand and density (R=0.58), density and core depth

of the sample (R=0.72), magnetic susceptibility and carbonate (R=0.73),

and magnetic susceptibility and sand (R=-0.58).

Likewise, the statistical correlation indicates that carbonate content

does not correlate with changes in porosity and grain density in the four

cores. This may suggest that carbonate content does not show any

particular effect on the physical properties of the sediments. Shear strength

and water content have mostly a very low correlation to null with sample

depth in the core. A negative correlation is observed between shear

strength and water correlation in cores An07GC1 (R=0.79) and An13Gc1

(R=0.7). For the rest of the cores, the shear strength could be controlled by

the effect of sedi-

ment fabric dis-

ruption resulting

from the depres-

surisation after

collection of sam-

ples containing

gas hydrate and/or

by changes in the

cohesive forces

developed in the

clayey-rich

sediment (8).

The stratigra-

phy and the above

mentioned corre-

lations suggest

that for those sedi-

ment cores located

inside the mud

volcanoes (An05

GC1, An07GC4

and An14GC1) the

physical properties are controlled by lithology and volcanic processes

rather than degree of compaction. This could suggest recent ?uid

circulation, and then the possible present volcanic activity in the studied

volcanoes. Contrasting, the core located outside the Kula mud volcano

(An13GC1) displays physical properties mostly related to consolidation

effects and to the type of sediment at a detailed scale, as it occurs typically

in deep sea fine grained sediments. This suggests a restricted in?uence of

volcanic processes outside the crater.

References

1-Hamilton, E.L., Bachman, R.T., 1982. Sound velocity and related

properties of marine sediments. J. Acoust. Soc. Am.,72: 1891-1904.

2-Orsi, T.H., Dun, D.A., 1991. Correlations between sound velocity and

related properties of glacio-marine sediments: Barents Sea. Geo-Mar Lett.,

11: 79-83.

3-Weber, M., Niessen, F., Kuhn, G., Wiedicke, M., 1997. Calibration and

application of marine sedimentary physical properties using a multi-sensor

core logger. Mar. Geol.,136: 151-172.

4-Kim, D. C., Sung, J. Y., Park, S. C., Lee, G. H., Choi, J. H., Kim, G. Y.,

Seo, Y. K., Kim. J. C., 2001. Physical and acoustic properties of shelf

sediments, the South Sea of Korea. Mar. Geol.,179: 39-50.

5-Woodside, J.M., Ivanov, M.K., Limonov, A.F., 1998. Shallow gas and gas

hydrates in the Anaximander Mountains region, eastern Mediterranean Sea.

In: Henriet, J.-P. & Mienert, J. (eds.) Gas Hydrates: Relevance to World

Margin Stability and Climate Change. Geological Society, London, Special

Publications, 137: 177-193.

6-Lykousis, V., Woodside, J., De Lange, et al., 2003. Mud volcanoes and

related gas hydrates in Anaximander mountains (Eastern Mediterranean).

New discoveries from the 01/May 03 cruise of R/V Aegaeo (Anaximander

Project). Ocean Margin Research Conference. Paris, 15-17 September.

7-Fleming, N. 1972. Eustatic and tectonic factors in the relative vertical

displacement of the Aegean coast. Pp. 189-201. In: Stanley, D. (ed.) The

Mediterranean Sea. Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsberg.

8-Scmincke, H.U. Ewaver, P.P.E., Firth, J.V. et al., 1995. Proc. ODP, Int.

Repts., 116: College Station TX.

Fig. 1. Bathymetric map displaying the location of

Amsterdam, Kazan and Kula mud volcanoes, in the

southwest Turkey (eastern Mediterranean).