RICERCA ITALIANA     

Deformazione, circolazione idrotermale e minerogenesi durante l'evoluzione tettonica di un orogene: il Basamento ercinico della Sardegna centro-meridionale.

Università degli Studi di Siena

Abstract

Nella zona a falde tettoniche del segmento sardo della catena ercinica sud-europea è finora ben definito il quadro litostratigrafico e strutturale, dove è stata riconosciuta un'evoluzione tettonica polifasica complessa che va da fasi di raccorciamento sin-collisionali a fasi estensive post-collisionali. Le suddette metamorfiti sono inoltre sede di importanti depositi mineralizzati metalliferi, dove recentemente sono stati evidenziati depositi auriferi non ancora sfruttati, ne caratterizzati da un punto di vista giacimentologico . Rispetto al resto della catena europea, ed anche alla "zona assiale" dello stesso segmento sardo, alcuni aspetti dell'evoluzione deformativa della zona a falde sono ancora poco definiti, ed in particolare sono pochissimi i dati che possano permettere la ricostruzione del contesto P,T,t di questa parte del basamento ercinico, nonché le lro relazioni on la circolazione idrotermale e la minerogenesi.
Per colmare questa lacuna, e quindi omogeneizzare i dati sardi con quelli descritti da numerosi autori nella catena europea, si intende integrare lo studio geologico strutturale e stratigrafico con le moderne tecniche di: restaurazione tridimensionale di aree deformate, analisi isotopica, microanalisi e delle inclusioni fluide.
Ciò implica una definizione accurata dell'età delle fasi deformative compressive ed estensionali nelle diverse unità tettoniche che costituiscono la "zona a falde", del loro contesto metamorfico e termo-barico, con particolare attenzione allo sviluppo delle fasi estensionali tardive.
In Sardegna, non esistono ancora studi sistematici sulle relazioni tra strutturazione e minerogenesi, che potrebbero fornire dati di grande interesse per la ricostruzione cronologica degli eventi tettonici e metamorfici durante l'esumazione del basamento, contribuendo ad una più dettagliata definizione del passaggio dalle fasi deformative compressive a quelle estensionali, e delle strutture associate.
Le aree che sembrano particolarmente rilevanti per il conseguimento degli obbiettivi sopra elencati, sono quelle del Sarrabus-Gerrei, comprese tra la bassa valle del Flumendosa e l'altopiano di Quirra, dove affiora con buona esposizione una sezione dell'edificio a falde, caratterizzato da ampie fasce cataclastico milonitiche che separano le diverse unità tettoniche. Le aree principali sono: il "Distretto antimonifero del Gerrei" (Villasalto, Corti Rosas), l'area di Brecca (San Vito) e l'area di Baccu Locci. Queste aree sono anche sede di importanti tipologie di depositi mineralizzati con presenza di Au nativo.
Il piano della ricerca, volto dapprima ad una ricostruzione geometrica dei corpi rocciosi e delle strutture, e quindi alla loro contestualizzazione P,T,t, è sintetizzabile come segue:
i) cartografia geologica - strutturale di dettaglio in particolare delle aeree del Sarrabus-Gerrei dove si osserva la sovrapposizione di più eventi deformativi e delle mineralizzazioni associate e analisi dei rapporti tra strutturazione ercinica e mineralizzazioni e modellizzazione geologica tridimensionale;
ii) studio del metamorfismo, della deformazione finita e delle microstrutture nelle rocce deformate nei principali settori minerali del Gerrei e studio dei meccanismi deformativi operanti nelle zone milonitiche e cataclastiche;
iii) studio delle caratteristiche paragenetiche e tessiturali delle principali mineralizzazioni, delle inclusioni fluide e del ruolo della deformazione (strain) nella messa in posto delle mineralizzazioni aurifere;
iv) datazione delle fasi mineralogiche di neoformazione associate alle fasi deformative e alle fasi idrotermali. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Luigi CARMIGNANI Università degli Studi di SIENA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente programma di ricerca si incentra sullo studio della parte di basamento ercinico sardo affiorante nella Sardegna centro-meridionale ("zona a falde"), dove è riconosciuto un edificio a falde tettoniche che documenta una deformazione polifasica con sviluppo di più eventi metamorfici. Questo basamento è anche sede di depositi minerari, molteplici per genesi, geometrie e tipologia, e talvolta con importanti risvolti economici.
L'approfondimento delle conoscenze finora acquisite, illustrate al paragrafo seguente 2.2, si propone di colmare, almeno in parte, la differenza attualmente esistente tra questo segmento ed il resto della catena ercinica sud-europea, in particolare per quanto riguarda i percorsi P,T,t.
Il raggiungimento di tali obbiettivi verrà perseguito con gli strumenti tecnici e culturali tipici della geologia strutturale e stratigrafica, e della giacimentologia.
Per farlo, agli strumenti classici della geologia (rilevamento geologico-strutturale, cartografia, ricostruzione delle successioni litostratigrafiche, riconoscimento dei depositi mineralizzati, ecc.) si intende affiancare quanto permesso dalle nuove tecnologie (vedi paragrafo 2.3) in merito all'analisi isotopica, alla datazione radiometrica, allo studio microstrutturali e alle applicazioni computerizzate per la ricostruzione tridimensionale dei volumi rocciosi.
Gli aspetti tettono-metamorfici non verranno però considerati separatamente dallo studio dei corpi mineralizzati. Al contrario si propone di integrare le conoscenze che provengono da ambedue i settori per una migliore comprensione dell'evoluzione di questa parte di catena. In linea con quanto sta avvenendo a livello mondiale, dove i rapporti tra strutture deformative in genere e mineralizzazioni riscuotono un grande interesse dimostrato da numerose pubblicazioni, ad esempio il volume speciale uscito nel 2004 sul Journal of Structural Geology (vol. 26, 6-7), e da convegni internazionali, ad esempio il Convegno STOMP (Structure, Tectonics and Ore Mineralization Processes) previsto in Australia questa estate. Inoltre a livello europeo (Francia e Spagna soprattutto), le relazioni tra mineralizzazioni, soprattutto ad oro, e strutturazione ercinica sono attualmente studiate con gran dettaglio, per ragioni sia scientifiche sia economiche.
Il fine ultimo della ricerca è la dettagliata definizione del passaggio dalle fasi deformative compressive a quelle estensionali nella zona a falde tettoniche del basamento ercinico della Sardegna centro-meridionale, e delle strutture associate; con particolare attenzione allo sviluppo delle fasi estensionali tardive, di cui attualmente si evince una sovrapposizione temporale di strutture deformative fragili su strutture duttili.
Tramite l'analisi microstrutturale e le datazioni radiometriche dei minerali di neoformazione si vuole definire le età delle diverse fasi deformative riconosciute e il loro contesto metamorfico e termo-barico (attualmente nella "zona a falde" i dati sono molto scarsi, mentre sono più dettagliati nella "zona assiale" della catena).
Come passaggio successivo ci si propone di comprendere le relazioni tra strutturazione ercinica e mineralizzazioni a metalli (Pb, Zn, As, Sb, W, Ag, Au, ecc.): sia per gli aspetti strettamente legati alle relazioni tra giacimenti e strutturazione ercinica, sia sulla loro genesi. Le mineralizzazioni studiate in diversi settori (Monte Ollasteddu, Baccu Locci, Brecca e numerose altre località in tutta la regione), pur mostrando una grande variabilità di caratteristiche geometrico-spaziali e paragenetiche, mostrano tratti geo-giacimentologici e mineralogici comuni, che consentirebbero di inquadrarle in uno stesso ambito metallogenico.
In particolare sarà interessante scoprire se le mineralizzazioni sono esclusivamente legate alla fase tardo-estensionale, o anche alle fasi compressive, o se le strutture erciniche abbiano funzionato esclusivamente come guida strutturale. I dati geocronologici e l'analisi delle inclusioni fluide potrebbero fornire indizi per definire se sono avvenuti più eventi idrotermali, se questi sono legati unicamente al batolite granitico permo-carbonifero, o se esistano fluidi precoci, attivati durante le fasi di milonitizzazione collisionale.
Esiste inoltre un obbiettivo più generale di carattere metodologico, che potrebbe essere conseguito con questa ricerca, riguardante il contributo che le nuove tecnologie di modellizzazione tridimensionale, microanalisi, geocronologia e inclusioni fluide possono fornire nello studio della strutturazione di basamenti cristallini di basso grado metamorfico. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La Sardegna rappresenta un segmento della catena ercinica sud-europea, che si estende da una "zona esterna" a SW (Sulcis-Iglesiente), ad una "zona a falde" (Sardegna centrale e meridionale) , strutturata in diverse unità tettoniche impilate una sull'altra durante le fasi collisionali, fino ad una "zona assiale" a nord (Anglona-Gallura) (Carmignani et al. 1994, Carmignani et al. 2001b, e bibiliografia). Da tempo è riconosciuto una metamorfismo di tipo barroviano, progrado dalla zona esterna a quella assiale, connesso con la collisione della microplacca armoricana e il margine settentrionale del Gondwana durante il Carbonifero inferiore. La correlazione tra il basamento metamorfico ercinico sardo e quello della Francia meridionale è stata evidenziata da tempo (Arthaud 1970, Matte 1986, e bibliografia), ed è generalmente accettata da tutti gli autori.
Lo studio della la catena ercinica (o varisica) europea, ha avuto un momento di particolare fulgore attorno agli anni '70 e '90 del secolo scorso, a seguito della piena affermazione della Tettonica delle placche e conseguente abbandono dell'interpretazione completamente ensialica della sua formazione (che si riteneva caratterizzasse le catene"ercino-tipe") in favore degli stessi paradigmi "subduzionistici" scoperti nelle catene "alpino-tipe". In particolare in Sardegna, questo ha coinciso con uno sforzo cartografico geologico, strutturale e stratigrafico, che ha fornito numerosi dati per un'interpretazione omogenea con la restante catena ercinica sud-europea (Carmignani et al. 2001a e bibliografia, Matte 1986). Negli ultimi anni questo interesse ha preso nuovo vigore, a seguito delle nuove tecnologie analitiche che permettono lo studio delle complesse relazioni geometriche e cronologiche tra strutture deformative, contesto termo-barico e metamorfismo associato. Infatti, sebbene la geologia strutturale sia classicamente una scienza di tipo naturalistico, dove l'osservazione diretta costituisce parte integrante del processo cognitivo assieme alla raccolta dei dati ed alla loro interpretazione, recentemente sono state sviluppate nuove tecnologie che permettono osservazioni più rigorose. In particolare: i) la modellizzazione tridimensionale geologica, che permette viste tridimensionali e la possibilità di restaurazioni non solo in 2 dimensioni (sezioni geologiche) ma anche in 3 dimensioni e quindi di arrivare a vere e proprie carte geologiche "bilanciate"; ii) lo studio microstrutturale sia qualitativo che quantitativo; iii) la possibilità di analizzare volumi di roccia sempre minori, fino al singolo cristallo, e di poterne determinare il contenuto isotopico, a supporto della distinzione cronologica delle blastesi associate ai vari eventi deformativi.
Queste moderne tecniche permettono di ricostruire con maggiore precisione l'assetto geometrico delle strutture, di confinare i rapporti tra le fasi di ispessimento crostale e quelle di assottigliamento causato dell'estensione tardo orogenica, e di determinare le relazioni tra deformazione, tettonica e magmatismo. Studi in questo senso sono stati condotti in particolare nel Massiccio centrale francese e nella penisola iberica, dove hanno evidenziato una complessa evoluzione sincollisionale ed una stretta correlazione tra fasi estensionale e magmatismo intrusivo.
Altro aspetto comune a tutta la catena ercinica europea, dalla penisola iberica al Massiccio centrale francese fino alla Boemia, è dato dalle importanti mineralizzazioni, spesso metallifere, di cui sono state evidenziate le strette relazioni con la strutturazione polifasica ercinica (Bellot et al. 2003, Bouchot et al. 2000, Marignac & Cuney 1999). Attualmente di particolare interesse sono le mineralizzazioni ad Au, da tempo oggetto di studio da parte di gruppi di ricerca internazionali. Lo stretto vincolo esistente tra geologia strutturale e studio delle mineralizzazioni è un aspetto già noto nella comunità geologica(vedi tra gli ultimi lavori: Blenkinsop et al. 2004), ma grazie alle nuove conoscenze teoriche e tecnologiche assume ora un ruolo importante nell'interpretazione evolutiva (tettonica e metamorfica) dei basamenti cristallini, sicuramente foriero di nuovi risultati anche per il basamento ercinico. Nella catena europea diversi studi condotti nell'ultimo decennio (Faure 2000 e bibliografia) hanno evidenziato che i giacimenti metalliferi hanno un preciso significato geodinamico, essenziale per la comprensione dell'evoluzione post-collisionale, alla fine del Paleozoico. Proprio per questi settori della catena ercinica, gli studi sui sistemi idrotermali hanno fornito un contributo importante per la definizione del quadro evolutivo complessivo (metamorfico, tettonico, magmatico) a partire dalle fasi collisionali, fino alle fasi tardo- e post-collisionali. In particolare, nel Massiccio centrale francese sono state dimostrate le relazioni esistenti tra le diverse fasi deformative erciniche e mineralizzazioni metallifere, in particolare ad Au e Sb. Le mineralizzazioni ad oro legate a tale contesto tettonico mostrano a scala europea di essere state sottoposte a un forte controllo tettonico; sembrano essere prevalentemente legate all'evoluzione post-collisionale; e sembrano essere legati alla circolazione di fluidi mineralizzanti di diversa natura (sub-metamorfica e/o magmatica e/o superficiale), come documentato da studi delle inclusioni fluide (Boiron et al. 2003, Essarraj et al. 2001, Roig et al. 2002). Queste caratteristiche hanno spinto Cathelineau et al. (2003) a identificare per i depositi auriferi europei un "Variscan-type" come sub-tipo del cosiddetto "oro orogenico".
In Sardegna le strette relazioni tra mineralizzazioni metallifere e basamento metamorfico sono oggetto dello studio di geologi e ingegneri minerari da oltre un secolo, a causa dell'importante interesse economico dei giacimenti di Ag-Cu-Pb-Zn, As-W-Sb-Au (Bakos et al. 1990, Carmignani et al. 1978, Cortecci et al. 1987, Valera 1974, Violo 1966, Zucchetti 1958). In particolare le mineralizzazioni idrotermali ad Au hanno recentemente risvegliato l'interesse di compagnie minerarie internazionali. Recenti studi geologico strutturali, e la contemporanea cartografia di dettaglio (Carmignani et al. 2001a, Conti et al. 1998, Funedda et al. 2005), hanno evidenziato la stretta relazione, spaziale e probabilmente genetica, esistente tra strutture deformative (foliazioni, pieghe e soprattutto fasce milonitiche) e i corpi mineralizzati. Questi ultimi sono il risultato di una circolazione di fluidi idrotermali su scala crostale, diffusa e di lunga durata (sistemi orogenici), della quale costituiscono la principale testimonianza. La concentrazione delle mineralizzazioni nel Sarrabus-Gerrei, lungo importanti fasce milonitiche, tipicamente sede di produzione di fasi fluide significative, spinge a valutare anche la possibilità che le fasi mineralizzanti (alcune di esse) possano provenire da fasi fluidi liberate durante gli eventi compressivi sin collisionali (Bouchot et al. 2000), in particolare durante i processi di milonisi che hanno strutturato la "zona a falde".
Questa è costituita da metamorfiti erciniche di basso grado, strutturate in diverse unità tettoniche impilate una sull'altra durante le fasi collisionali con direzione di trasporto tettonica prevalente diretta da N verso S (Conti et al. 2001), ripiegate in una grande antiforme (Antiforme del Flumendosa) durante le fasi tardo-collisionali e ulteriormente deformate dalla fase estensionale. Le diverse unità tettoniche hanno una successione litostratigrafica simile che va dal Cambriano medio al Carbonifero basale (Tournesiano inferiore). Nella zona interessata dal progetto (Sarrabus e Gerrei, Sardegna SE) l'unità tettonica più profonda è l'Unità del Riu Gruppa, affiorante solo in alcune finestre tettoniche; essa è sovrascorsa dall'Unità del Gerrei, la quale è a sua volta sovrascorsa dall'Unità di Meana Sardo nei settori settentrionale ed occidentale. A sud, ad un livello strutturale più superficiale, affiora l'Unità del Sarrabus, sovrascorsa sulle unità descritte sopra.
A grandi linee, dai diversi autori è stata riconosciuta la seguente evoluzione tettonica della "zona a falde":
a) Una fase compressiva tangenziale con sviluppo di ampie pieghe isoclinali rovesciate sinscistose, e sovrascorrimenti a scala plurichilometrica con diffuse fasce cataclastico-milonitiche (Conti et al. 1998) (fase D1, sensu Carmignani et al., 2001, fasi Gerrei e Meana, sensu Conti et al., 2001). Il trasporto tettonico e l'impilamento delle unità tettoniche sarebbero avvenuti inizialmente con movimento da NE verso SW (Unità di Meana Sardo, Unità del Gerrei, Unità di Riu Gruppa) e, in una seconda fase, da E verso W (Unità del Sarrabus) (Conti & Patta 1998).
b) Una fase tardiva di raccorciamento che ha ripiegato le unità tettoniche impilate in strutture plicative a grande scala con superfici assiali sub-verticali ed assi sub-orizzontali (la principale è l' Antiforme del Flumendosa, con semi-lunghezza d'onda di circa 10 km ed estensione assiale cartografata per oltre 50 km) (fase D1 o fase Flumendosa,) (Conti et al. 1999). Queste strutture mostrano a scala locale una marcata discontinuità assiale, per cui la mega-struttura si risolve a scala locale in diverse culminazioni antiformali spesso disposte "en echelon". Una evoluzione coerente anche con quella registrata nella "zona esterna" del Sulcis-Iglesiente, probabilmente "autoctono" di questo segmento della catena ercinica.
c) Una fase estensionale post-collisionale legata al collasso del cuneo orogenico ispessito, con sollevamento delle unità tettoniche più profonde lungo zone di taglio duttili, dirette a basso angolo che spesso riattivano le precedenti strutture compressive, esasperando la geometria antiformale; sviluppo di pieghe asimmetriche con vergenza centrifuga rispetto alle culminazioni antiformali sopra descritte (fase D2 o fase Riu Gruppa). Il progressivo denudamento delle unità tettoniche le trasporta a livelli crostali più superficiali dove l'estensione si realizza in ambito fragile con faglie ad alto angolo dirette e/o trascorrenti.
La tettonica estensionale ercinica è perciò caratterizzata dal sovrapporsi di numerosi elementi strutturali (foliazioni, pieghe e faglie), spesso correlabili a cinematiche diverse e caratteristici di ambiti deformativi diversi. Il passaggio dalla fase estensionale post-collisionale a quella più generalizzata post-orogenica (testimoniata nell'area dai bacini stefaniani non interessati dagli eventi metamorfici ercinici), e le relazioni con la messa in posto dell'esteso batolite granitoide calcalcalino tardo-ercinico non sono ancora chiare. Ulteriori incertezze esistono sull'evoluzione metamorfica, in particolare le condizioni termo-bariche che hanno caratterizzato i vari intervalli della tettonica polifasica sopra descritta. In particolare nella "zona a falde" della Sardegna centro-meridionale, le rocce più giovani coinvolte nella deformazione sono del Carbonifero inferiore (~345 Ma Barca et al. 2000). In prossimità della "zona assiale", nella Sardegna centro-settentrionale, recenti ricerche radiometriche con 40Ar-39Ar su muscovite (Di Vincenzo et al. 2004) hanno individuato un'età per la fase di collisione di ~340-335 Ma, ed una fase deformativa a minore termalità nei livelli alto-crostali di circa 320-315 Ma.
Un simile dettaglio cronologico delle fasi deformative non è stato finora riconosciuto nella Sardegna centro-meridionale, dove rimangono forti incertezze sul passaggio dalla fase di ispessimento crostale ad quella estensionale, e quindi il confronto a scala dell'intera catena europea. Manca, quindi, un quadro che definisca sia l'assetto tettonico, strutturale e metamorfico, sia le sue relazioni con la circolazione di fluidi idrotermali mineralizzanti, che è attualmente definito solo in via preliminare (Boni et al. 2002, Dini et al. in press, Garbarino et al. 2003) e necessita di un approfondimento. L'assenza di dati precisi è dovuta in parte all'impossibilità di utilizzare le tecniche di datazione geocronologica in basamenti metamorfici di basso grado polideformati, sia per la scarsità di minerali idonei, sia per la difficoltà nel riconoscere la sovrapposizione di più eventi deformativi, con conseguente difficoltà ad individuare con certezza i vari stadi di apertura-chiusura del sistema. Recentemente, lo sviluppo della tecnica di datazione 40Ar-39Ar "in situ" (mediante ablazione laser) su miche bianche ha permesso di superare questa difficoltà, consentendo di datare foliazioni sviluppate in unità metamorfiche di basso grado (Chang et al. 2000). Dati preliminari ottenuti nell'area in studio (Dini et al. in press) indicano che con questa tecnica è possibile ottenere datazioni di miche bianche congruenti con il contesto geologico. <<<