The sediment-buried eastern flank of the Juan de Fuca Ridge provides a unique environment for studying the thermal nature and geochemical consequences of hydrothermal circulation in young ocean crust. Just 18 km east of the spreading axis, where the sea-floor age is 0.62 Ma, sediments lap onto the ridge flank and create a sharp boundary between sediment-free and sediment-covered igneous crust. Farther east, beneath the nearly continuous turbidite sediment cover of Cascadia Basin, the buried basement topography is extremely smooth in some areas and rough in others. At a few isolated locations, small volcanic edifices penetrate the sediment surface. An initial cruise in 1978 and two subsequent cruises in 1988 and 1990 on this sedimented ridge flank have produced extensive single-channel seismic coverage, detailed heat flow surveys co-located with seismic lines, and pore-fluid geochemical profiles of piston and gravity cores taken over heat flow anomalies. Complementary multichannel seismic reflection data were collected across the ridge crest and eastern flank in 1985 and 1989. Preliminary results of these studies provide important new information about hydrothermal circulation in ridge flank environments. Near areas of extensive basement outcrop, ventilated hydrothermal circulation in the upper igneous crust maintains temperatures of less than 10–20 °C; geochemically, basement fluids are virtually identical to seawater. Turbidite sediment forms an effective hydrologic and geochemical seal that restricts greatly any local exchange of fluid between the igneous crust and the ocean. Once sediment thickness reaches a few tens of metres, local vertical fluid flux through the sea floor is limited to rates of less than a few millimetres per year. Fluids and heat are transported over great distances laterally in the igneous crust beneath sediment however. Heat flow, basement temperatures, and basement fluid compositions are unaffected by ventilated circulation only where continuous sediment cover extends more than 15–20 km away from areas of extensive outcrop. Where small basement edifices penetrate the sediment cover in areas that are otherwise fully sealed, fluids discharge at rates sufficient to cause large heat flow and pore-fluid geochemical anomalies in the immediate vicinity of the outcrops. After complete sediment burial, hydrothermal circulation continues in basement. Estimated basement temperatures and, to the limited degree observed, fluid compositions are uniform over large areas despite large local variations in sediment thickness. Because of the resulting strong relationship between heat flow and sediment thickness, it is not possible, in most areas, to detect any systematic pattern of heat flow that might be associated with cellular hydrothermal circulation in basement. However, an exception to this occurs at one location where the sediment thickness is sufficiently uniform to allow detection of a systematic variation in heat flow that can probably be ascribed to cellular circulation. At that location, temperatures at the sediment–basement interface vary smoothly between about 40 and 50 °C, with a half-wavelength of about 700 m. A permeable-layer thickness of similar dimension is inferred by assuming that circulation is cellular with an aspect ratio of roughly one. This thickness is commensurate with the subbasement depth to a strong seismic reflector observed commonly in the region. Seismic velocities in the igneous crustal layer above this reflector have been observed to be low near the ridge crest and to increase significantly where the transition from ventilated to sealed hydrothermal conditions occurs, although no associated reduction in permeability can be ascertained from the thermal data.

Le flanc oriental de la dorsale Juan de Fuca, recouvert de sédiments, représente un milieu unique pour étudier la nature de flux de chaleur et les effets géochimiques dus à la circulation hydrothermale dans une jeune croûte océanique. À 18 km seulement de l'axe de l'expansion, où le fond océanique est âgé de 0,62 Ma, les sédiments reposent sur le flanc de la dorsale et la limite est nette entre la croûte ignée nue et celle abritée de sédiments. Plus à l'est, sous la couverture sédimentaire quasi continue de turbidites du bassin Cascadia, le relief du substratum recouvert de sédiments est plat dans certaines régions et accidenté ailleurs. Sur quelques sites isolés, de petits édifices volcaniques transpercent la surface des sédiments. Une première croisière en 1978, et deux croisières subséquentes en 1988 et 1990, sur ce flanc de la dorsale recouvert de sédiments ont fourni un levé sismique monocanal étendu, des mesures détaillées de flux de chaleur le long des lignes sismiques, et une distribution des fluides géochimiques interstitiels dans des échantillons prélevés par carottier à piston ou gravitaire, au-dessus des anomalies de flux de chaleur. En 1985 et 1989, des profils de sismique-réflexion multicanaux ont été enregistrés, au travers le sommet de la dorsale et le flanc oriental. Les résultats préliminaires de ces études documentent, de manière importante, la circulation hydrothermale dans les flancs de dorsale. Près des zones, où le substratum est largement à découvert, la circulation hydrothermale ouverte dans la croûte ignée supérieure entretient des températures inférieures aux valeurs de 10 à 20 °C; géochimiquement, les fluides dans le substratum sont en pratique identiques à l'eau de mer. La couche sédimentaire de turbidites forme un écran hydrologique et géochimique efficacement étanche, ce qui inhibe considérablement tout échange local de fluides entre la croûte ignée et l'océan. Lorsque l'épaisseur des sédiments atteint quelques dizaines de mètres, le flux de fluides vertical traversant le fond océanique, localement, est limité à des taux inférieurs à quelques millimètres par an. Cependant, les fluides et la chaleur migrent latéralement dans la croûte ignée, sous les sédiments, et sur de grandes distances. Le flux de chaleur, les températures et les compositions des fluides du substratum ne sont pas modifiés par la circulation ouverte, seulement, où la couverture sédimentaire continue s'étale sur une distance de plus de 15–20 km et qu'elle est éloignée des aires largement dénudées. Lorsque les petits édifices du substratum pénètrent la couverture sédimentaire dans les régions, qui autrement seraient complètement étanches, dans ce cas les fluides migrent à des taux suffisants pour créer un flux de chaleur important et des anomalies géochimiques de fluides interstitiels dans le voisinage immédiat des affleurements. Après le recouvrement complet par les sédiments, la circulation hydrothermale se poursuit dans le substratum. Les températures du substratum estimées et les compositions des fluides sont homogènes sur de grandes superficies, dans le cadre de nos observations, en dépit de certaines variations locales, significatives, de l'épaisseur des sédiments. Vu la relation étroite entre le flux thermique et l'épaisseur des sédiments qui en résulte, il est impossible, dans la plupart des régions, de déceler une distribution systématique du flux de chaleur qui serait possiblement associée à une cellule de convection hydrothermale dans le substratum, sauf à un endroit, où l'épaisseur des sédiments est suffisamment uniforme pour autoriser une variation systématique du flux de chaleur mesurable qui pourrait être attribuée à une circulation de type de cellule de convection. À cet endroite, les températures à l'interface sédiment–substratum varient très légèrement, entre 40 et 50 °C, avec une demi-longueur d'onde d'environ 700 m. Une couche perméable d'épaisseur de cette dimension est suggérée, mais à la condition que la circulation soit cellulaire avec un allongement de l'ordre de un. Cette épaisseur est proportionnelle à la profondeur du sous-substratum, telle qu'indiquée par le fort réflecteur sismique fréquemment observé dans la région. Les vitesses sismiques dans la couche crustale ignée sus-jacente à ce réflecteur sont faibles près du sommet de la dorsale, puis augmentent significativement où apparaît la transition de conditions hydrothermales ouvertes à étanches, même si les mesures de chaleur ne permettent pas de reconnaître une diminution de perméabilité associée à ce changement. [Traduit par la rédaction]