RICERCA ITALIANA     

Gradienti di deformazione nelle rocce milonitiche e variazioni delle proprietà petrofisiche in shear zone

Università degli Studi di Catania

Abstract

Nell’ambito delle conoscenze inerenti la litosfera continentale, risulta evidente come la maggior parte dei litotipi presenti sia caratterizzata da un’ampia varietà di anisotropie tessiturali e sismiche.
Definire e valutare nelle rocce le relazioni che intercorrono tra petrofabric, microstrutture e proprietà sismiche risulta pertanto di notevole interesse per la realizzazione di modelli alle diverse scale.
Le aree campione più adatte a tale scopo, sia per le notevoli anisotropie in esse presenti sia per il ruolo e le dimensioni che occupano a scala litosferica, sono senz’altro le shear zone (zone di taglio di importanza talora regionale– spesso evolventi a zone di taglio fragile nei livelli crostali più superficiali). In esse, grazie all’ampia varietà microstrutturale, è possibile ricostruire l’insieme dei processi deformativi attivi nei vari stadi di deformazione progressiva, sviluppati durante le fasi di ispessimento ed esumazione di settori crostali profondi.
Numerosi fattori concorrono nello sviluppo dell’anisotropia nelle rocce milonitiche: la distribuzione spaziale dei minerali costituenti; le dimensioni, habitus e relazioni reciproche tra i grani che costituiscono il fabric della roccia; la presenza di microfratture e pori; le superfici secondarie e le foliazioni generate durante l’evento deformativi.
Lo scopo del progetto è quello di studiare e valutare gli effetti delle variazioni microstrutturali sull’anisotropia sismica. La stima dell’anisotropia sismica fornirà infatti informazioni circa le correlazioni tra l’anisotropia nelle rocce milonitiche con diverso grado di deformazione ed i processi deformativi stessi. L’approccio multidisciplinare su cui è basato il progetto combina ricerche geologiche, microstrutturali, petrografiche e petrofisiche, proponendosi così di correlare petrofabric, microstrutture e proprietà sismiche nelle rocce milonitiche presenti con diversi gradi di formazione nelle zone di shear.
Pertanto, valutando l’influenza delle LPO sulle proprietà sismiche, ci si propone di correlare anisotropia sismica (anisotropia delle onde P, shear wave splitting) con l’anisotropia tessiturale, data dal fabric della roccia e di valutare i meccanismi di deformazione (comportamento fragile e/o plastico, ricristallizzazione dinamica, grain boundary sliding etc). Al contempo, l’interesse sarà volto allo sviluppo delle orientazioni cristallografiche preferenziali (LPO) rispetto all’incremento di strain come risultato della deformazione plastica. Infine, le orientazioni cristallografiche preferenziali verranno correlate con l’anisotropia sismica e sarà altresì valutato il contributo dei vari minerali alle proprietà sismiche e all’anisotropia delle rocce milonitiche.
Le aree campione più idonee per l’applicazione di tali indagini sono state individuate nelle zone di shear di Kavala (Massiccio del Rhodope, Grecia nord-orientale) e Montalto (Massiccio dell’Aspromonte, Italia meridionale). Rappresentano due eccellenti siti naturali per lo studio delle variazioni tessiturali, composizionali e microstrutturali all’interno di rocce progressivamente deformate e per comprendere le implicazioni sulle variazioni delle proprietà elastiche.
Lo scopo principale è di studiare e quantificare i processi attivi alla micro- e meso- scala (dalle microstrutture alle caratteristiche strutturali mesoscopiche come la foliazione e la lineazione) come pure di determinare le proprietà sismiche di rocce deformate.
L’integrazione dei risultati ottenuti alle diverse scale fornirà un importante contributo alle attuali conoscenza sul comportamento sismico di complessi rocciosi. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Rosalda Anna Punturo Università degli Studi di CATANIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Le indagini sulla costituzione della litosfera continentale sono oggetto, ormai da decenni, di ricerche nei vari ambiti delle Scienze della Terra.
A scala litosferica, importanti elementi strutturali sono le “shear zone”, intese come svincoli tettonici attivi tra i vari blocchi crostali. Durante il loro sviluppo ed evoluzione è possibile osservare sensibili variazioni nelle caratteristiche strutturali, tessiturali e nel comportamento reologico delle rocce coinvolte nonché nell’attività dei fluidi lungo tali discontinuità. Tali fattori contribuiscono a loro volta a controllare le proprietà fisiche (sismiche) dei litotipi interessati dalla deformazione.
Le variazioni riscontrate all’interno di queste zone sono strettamente connesse con la presenza di domini litosferici a differente comportamento reologico, cui concorrono diversi fattori quali lo stato di fratturazione, le orientazioni preferenziali dei minerali, la pressione litostatica e la pressione dei fluidi presenti nei pori, nonché l’esistenza di stress locale.
Questi particolari contesti geologici, offrono la possibilità di studiare al meglio le relazioni che intercorrono tra anisotrope tessiturali e sismiche, così come le loro variazioni spaziali e temporali.
La definizione in termini quantitativi delle relazioni esistenti tra le anisotropie sismiche e tessiturali e delle rispettive variabilità, è possibile solo in quei contesti geologici caratterizzati da una sostanziale omogeneità delle strutture e da una relativa semplicità mineralogica. In ambienti naturali queste condizioni sono raramente verificate, più comuni sono i sistemi complessi caratterizzati da eterogeneità strutturali e complesse associazioni paragenetiche. Pur tuttavia, è possibile isolare in contesti geologici complessi, quali le shear zone, domini caratterizzati da relativa omogeneità strutturale e mineralogica.
In tali contesti, definire e correlare anisotropie sismiche e tessiturali a piccola scala, sulla base di campioni rappresentativi può contribuire alla costruzione di modelli a scala più ampia, a loro volta applicabili a quei settori crostali interessati da importanti lineamenti tettonici, con anisotropie strutturali pervasive.
Le shear zone si delineano come aree campione idonee per tali indagini, in quanto caratterizzate da marcate variazioni nelle microstrutture. Una shear zone si distingue per la morfologia tabulare e per la concentrazione di intense deformazioni rispetto alle aree circostanti. Nella sua struttura ideale, la shear zone è delimitata da due fasce parallele oltre le quali non si riscontrano deformazioni; nella maggior parte dei casi, i contatti con il litotipo indeformato risultano sfumati. Poiché le shear zone di importanza regionale contengono informazioni preziose circa la storia di una determinata area, il loro studio permette di riconoscere quali meccanismi deformativi sono stati attivi nei diversi stadi della deformazione e i cinematismi intercorsi durante l’evoluzione del settore litosferico interessato.
Il presente progetto è basato su un approccio multidisciplinare che, integrando metodologie d’indagine geologiche, microstrutturali, petrografiche e petrofisiche, si propone di correlare petrofabric, microstrutture e proprietà sismiche nelle rocce milonitiche caratterizzate da diversi gradi di anisotropia.
Gli obiettivi finali consistono in:
- Valutazione dei meccanismi di deformazione (es. deformazione fragile e/o plastica, ricristallizzazione dinamica, grain boundary sliding);
- Analisi dello sviluppo ed evoluzione delle orientazioni cristallografiche preferenziali (LPO) con l’incremento progressivo dello strain, come risultato di deformazioni plastiche;
- Correlazione tra anisotropia tessiturale ed sismica, al fine di evidenziare il ruolo delle fasi mineralogiche nel determinar le proprietà elastiche delle rocce.
Come è noto, lo sviluppo dell’anisotropia sismica nelle miloniti è influenzato da diversi fattori: proprietà elastiche dei minerali costituenti, iso-orientazione degli elementi costituenti il fabric (SPO), orientazioni cristallografiche preferenziali (LPO) ed orientazione di microfratture e di pori. Di conseguenza, la stima dell’anisotropia sismica e delle sue relazioni con le caratteristiche tessiturali della roccia fornisce importanti informazioni circa i processi deformativi a diversi gradi di strain incrementale.
Il conseguimento di tali obiettivi presuppone indagini di laboratorio per la determinazione, su campioni rappresentativi, delle velocità delle onde di compressione (Vp) e di taglio (Vs) a varie condizioni P e T. Tali indagini hanno lo scopo di valutare l’influenza delle microfratture e/o delle orientazioni preferenziali dei minerali costituenti sulle proprietà petrofisiche dell’intera roccia (porosità, densità, velocità etc). In tal modo, la distribuzione delle velocità e delle anisotropie intrinseche nelle tre dimensioni spaziali potrà essere determinata per l’intero aggregato, escludendo l’influenza delle fratture.
Si prevede inoltre di calcolare le velocità delle onde P ed S medie alle condizioni di P e T di interesse, sulla base della composizione chimica e mineralogica della roccia considerata isotropa. Questo metodo consente di determinare le paragenesi, le abbondanze modali e le composizioni dei minerali in determinate condizioni P-T su base termodinamica. Dai bulk moduli (es. modulo di taglio, di compressibilità) sarà possibile ricavare le proprietà sismiche medie dell’aggregato roccioso, indipendentemente dai rapporti tessiturali. Si prevede quindi di individuare ed eventualmente quantificare le possibili correlazioni esistenti tra le suddette proprietà sismiche, il complesso delle anisotropie strutturali (SPO, LPO), le costanti elastiche dei cristalli singoli e la composizione modale della roccia.
Pertanto, valutando l’influenza delle LPO e SPO sulle proprietà sismiche, l’obiettivo principale del presente progetto consiste nell’individuare gli elementi chiave che determinano l’oggettiva correlazione tra l’anisotropia sismica (anisotropia delle onde P, shear wave splitting) e l’anisotropia tessiturale. Infine, le orientazioni cristallografiche preferenziali verranno correlate con l’anisotropia sismica e sarà altresì ponderato il contributo dei vari minerali alle proprietà sismiche delle rocce milonitiche.
Le aree campione più idonee sono state individuate nelle shear zone di Kavala (Grecia nord-orientale) e di Montalto (Italia meridionale).
La shear zone di Kavala è ubicata all’interno dell’omonimo plutone nella parte sud-occidentale del Massiccio del Rhodope, dove costituisce il nucleo di una struttura anticlinalica. Essa costituisce un eccellente sito per lo sviluppo del presente progetto, poiché in tale area, è possibile osservare una distribuzione simmetrica del gradiente di deformazione non coassiale. Questa ha interessato i protoliti granitoidi s.l. (granodioriti e tonaliti), permettendo di analizzare, nello spazio di pochi metri, diverse tipologie microstrutturali passando da rocce poco o per nulla deformate a miloniti ed ultramiloniti deformate in un regime quasi plastico.
La shear zone di Montalto rientra all’interno del Massiccio dell’Aspromonte ed interessa protoliti magmatici e metamorfici. Costituisce anch’essa un eccellente sito naturale in cui è possibile esaminare le modalità di sviluppo delle evoluzioni tessiturali, composizionali e microstrutturali nonché le relative implicazioni sulle variazioni delle proprietà elastiche delle rocce. Caratteristica peculiare dell’area in esame è la presenza di diversi affioramenti in ognuno dei quali è possibile osservare, nell’arco spaziale di pochi metri, un incremento progressivo della deformazione da protoliti poco deformati a gneiss leucocratici ultramilonitici.
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Risultati parziali attesi

15. Risultati attesi dalla ricerca, il loro interesse per l'avanzamento della conoscenza e le eventuali potenzialità applicative

Lo studio dei processi e dei comportamenti reologici delle shear zone, è stato un tema molto dibattuto e recentemente oggetto di numerosi lavori di laboratorio, di terreno e teorici. L’interesse sempre più crescente sulle zone di taglio risiede nel fatto che esse rivestono un grande significato nell’accomodare la deformazione a scala litosferica. La localizzazione di elevati tassi di deformazione in zone molto ristrette permette lo sviluppo di importanti strutture tettoniche che agiscono come vie preferenziali per lo svincolo di estesi blocchi crostali, influenzando pertanto i corrispondenti scenari geodinamici. Nel peculiare ambiente tettonico di una zona di taglio, la corretta interpretazione delle microstrutture si rivela uno strumento molto utile poiché permette di ricostruire la storia termica e deformativa delle rocce deformate naturalmente. Ne consegue che, al fine di creare un modello realistico, che possa prevedere il comportamento crostale all’interno di rocce deformate, dovrebbe essere condotto uno studio dettagliato delle stesse, che contempli un’accurata analisi petrografica, strutturale, chimica e del petrofabric.
Per queste ragioni, l’interpretazione delle microstrutture e della loro evoluzione è stata oggetto di costante considerazione perché attraverso tale studio è possibile comprendere quali siano i processi operanti in natura nel corso della deformazione.
La più recente attività di ricerca volta allo studio dei meccanismi deformativi, della reologia dei materiali naturali e dei processi tettonici, è stata ampiamente migliorata nel corso degli ultimi anni attraverso l’applicazione di moderne tecniche analitiche (De Meer et al., 2002 e riferimenti bibliografici ivi presenti). Recentemente sono stati condotti numerosi esperimenti in laboratorio su materiali differenti (Zhang et al. 2002). I risultati di tali esperimenti vengono estrapolati a rocce deformate in natura sotto varie condizioni di pressione e temperatura. Queste correlazioni (tenendo in considerazione il fattore della scala, sensibilmente diversa tra natura e laboratorio) permettono di capire quale è stato il tipo di meccanismo deformativo attivo durante la storia deformativa, estendendo l’osservazione a scala più ampia. Tali risultati permettono quindi di ricostruire l’ambiente tettonico e l’evoluzione geodinamica di una regione, che in tal modo potrebbe essere modellizzata in maniera più accurata. Nella maggior parte dei casi, le rocce naturali sono materiali polifasici e solo in rare occasioni sono monomineraliche. Poiché la reologia di ciascun minerale è molto ben definita sotto le stesse condizioni P-T e di fluidi, l’interazione tra fasi differenti dovrebbe essere tenuta in considerazione nello studio di rocce deformate. Meccanismi deformativi differenti, che operano all’interno dei minerali costituenti la roccia, hanno una forte influenza nella formazione della microstruttura finale.
Il nostro progetto si colloca all’interno di questo contesto di conoscenze, dove ancora la completa comprensione della ripartizione della deformazione all’interno di una zona di taglio, e dell’evoluzione delle micro- e meso-strutture correlate, non è stata ancora acquisita. Il progetto qui proposto potrebbe avere un valore significativo e cruciale perché si basa su un approccio multidisciplinare comprendente la petrofisica, l’analisi di immagine applicata alle microstrutture, la modellizzazione termodinamica, le stime geotermobarometriche, le osservazioni strutturali e geologiche. Attraverso la loro integrazione, possono essere raggiunti gli obiettivi iniziali e ciò potrebbe aiutare a risolvere un problema complesso caratterizzato da molteplici aspetti come lo studio della deformazione in una roccia multifase (quarzo-feldspatica) “reale”.
I risultati attesi dalla ricerca consistono nel riconoscimento dei meccanismi deformativi operanti a scala intracristallina, e del contributo specifico che ciascuno di essi avrà nell’influenzare la deformazione complessiva della roccia. I più importanti meccanismi deformativi sono: lo scivolamento per fatturazione e per movimento dei limiti granulari, la dissoluzione per pressione, il twinning meccanico, il dislocation e il diffusion creep. Ciascuno di questi è specifico di uno specifico intervallo di condizioni P-T, in presenza o meno di fluidi, e generalmente sono accompagnati da caratteristici cortei di microstrutture. Uno studio dettagliato ed una completa caratterizzazione quantitativa delle microstrutture saranno d’ausilio per stabilire quale specifico meccanismo deformativo abbia operato durante la deformazione progressiva. Un aspetto fondamentale, in questo contesto, è rappresentato dal comportamento reologico del quarzo in rocce deformate. Particolare attenzione sarà volta allo studio dei processi di ricristallizzazione, poiché essi si rinvengono tipicamente in zone di taglio a condizioni metamorfiche crescenti. Recentemente, riguardo al comportamento del quarzo, è stata ridefinita una mappa dei meccanismi deformativi (Stipp et al., 2002), come pure sono stati distinti differenti regimi deformativi (Hirth &amp; Tullis, 1992). I meccanismi deformativi sono responsabili delle LPO (lattice preferred orientation) risultanti, vale a dire delle orientazioni preferenziali degli assi cristallografici che sono tipiche di minerali sottoposti a pressioni orientate. Differenti tipologie di meccanismi deformativi sono essenzialmente dipendenti dalla temperatura, che rappresenta una soglia per l’attivazione di un particolare slip-system all’interno del minerale. È da tenere presente che, in ambienti naturali, una roccia è spesso sottoposta ad una serie di processi metamorfici e di fasi deformative, piuttosto che ad un unico episodio caratterizzato da un ristretto intervallo P-T. Per questa ragione, nella stessa roccia, nei vari stadi della sua storia deformativa i meccanismi deformativi potrebbero succedersi e potenzialmente sovrapporsi. Così, è necessario distinguere ciascuna generazione di minerali e correlarla ad un preciso evento blastico o di ricristallizzazione, per poter discriminare il contributo dato da ciascuna generazione tessiturale alla deformazione totale.
Il secondo obiettivo è legato allo studio delle orientazioni preferenziali cristallografiche dei minerali (LPO), del loro sviluppo e delle relazioni esistenti con il gradiente di deformazione. Le LPO contemplano processi attivi a scala intracristallina. Ciascun minerale ha proprietà fisiche specifiche che contribuiscono, insieme a quelle degli altri minerali costituenti la roccia, alla definizione delle proprietà elastiche nell’intera roccia. Inoltre, il tipo di reticolo cristallino esercita un forte peso sul carattere anisotropico delle proprietà fisiche. Questo fatto, insieme al controllo dovuto all’abbondanza relativa di minerali differenti (soprattutto nel caso di minerali sviluppati preferenzialmente in due direzioni, es. miche) possono avere un grande influenza sulle proprietà petrofisiche totali della roccia e quindi sull’anisotropia sismica. Nel nostro studio le LPO dei minerali verranno determinate in rocce naturalmente deformate. Al fine di estrapolare relazioni di tipo lineare tra le diverse proprietà fisiche e tessiturali delle rocce, cercheremo di considerare sistemi relativamente semplici, la cui complessità di tali sistemi è sensibilmente ridotta attraverso la selezione di rocce contenenti paragenesi caratterizzate da un basso numero di fasi mineralogiche.
Il terzo ed ultimo obiettivo sarà quello di correlare l’anisotropia tessiturale con l’anisotropia sismica, al fine di mettere in luce il ruolo dei differenti minerali nella determinazione delle proprietà elastiche delle rocce. L’anisotropia tessiturale, che costituisce il petrofabric di una roccia, è definito dalla SPO (shape preferred orientation) e dalla LPO (lattice preferred orientation) degli elementi costituenti. Le orientazioni preferenziali degli elementi costituenti il fabric (SPO) implicano la presenza di ampie eterogeneità elastiche (e quindi anche chimiche) mentre l’orientazione preferenziale degli assi cristallografici dei minerali (LPO) richiede una deformazione a pressioni elevate. La SPO è il risultato di forze orientate legate ad un campo di sforzi. Il fabric di una roccia, soprattutto nel caso di strutture ben evidenti, penetrative e pervasive (foliazioni, lineazioni di minerali, fratture, ecc.) spesso caratterizzanti le rocce milonitiche, controllerà quindi in modo rilevante il carattere anisotropo delle proprietà fisiche. Assumendo che le proprietà petrofisiche di una roccia siano essenzialmente influenzate dalla loro composizione modale e dal petrofabric e che questi due fattori principali di controllo possono essere definiti quantitativamente, sarà possibile valutare il loro contributo nella determinazione dell’anisotropia sismica di una roccia. Infine, un altro fattore sicuramente importante, che contribuisce alla definizione dell’anisotropia sismica, è la presenza di microfratture e vuoti.
Al fine di stimare il ruolo delle anisotropie tessiturali preesistenti abbiamo selezionato due aree in cui affiorano zone di taglio con caratteristiche differenti: la shear zone di Montalto (MSZ) e la shear zone di Kavala (KSZ). La prima (MSZ), si sviluppa su rocce in precedenza deformate (e quindi anisotrope) caratterizzate da una foliazione metamorfica pre-esistente (gneiss leucocratici); diversamente la seconda (KSZ), si è impostata all’interno di un corpo plutonico intrusivo (granodioriti e tonaliti), indeformato e sostanzialmente isotropo.
I risultati attesi possono essere riassunti nei seguenti punti: (1) la valutazione delle relazioni esistenti tra lo sviluppo di anisotropie tessiturali e di anisotropie sismiche partendo da una protomilonite fino ad arrivare ad una ultramilonite; (2) l’influenza dei minerali fortemente anisotropi (fillosilicati) sull’anisotropia sismica di rocce laminate; (3) la parametrizzazione della localizzazione della deformazione dovuta alla riduzione di grana, per distinguere se l’anisotropia sismica è influenzata dalla grana della roccia oppure no; (4) il miglioramento delle attuali mappe dei meccanismi deformativi attraverso l’integrazione dei dati precedenti con i risultati derivanti dalle rocce deformate naturalmente; (5) la stima dell’influenza di eterogeneità preesistenti sulla nucleazione e lo sviluppo di zone di taglio litosferiche in regimi compressivi ed estensionali; (6) comprensione delle cause che provocano le variazioni laterali dell’intensità della deformazione all’interno di zone di taglio in mezzi apparentemente omogenei.
Riassumendo, questo studio sarà condotto attraverso un approccio multidisciplinare che terrà in considerazione osservazioni geologiche, indagini microstrutturali, determinazioni delle proprietà petrografiche e petrofisiche di porzioni rappresentative di zone di taglio di importanza regionale. Il principale scopo del progetto è quello di studiare e quantificare i processi attivi a scala micro- e meso-scopica (dalle microstrutture alle strutture mesoscopiche, come ad esempio la foliazione milonitica e la lineazione di allungamento) come pure di determinare le proprietà elastiche delle rocce deformate. Il confronto e l’integrazione di tutti questi dati, ottenuti a scale differenti, può dare un sensibile contributo all’attuale conoscenza sui meccanismi deformativi all’interno delle zone di taglio. Pertanto, tale contributo potrebbe rappresentare uno strumento di fondamentale importanza nella costruzione di modelli geodinamici applicabili a settori orogenici a scala più ampia.
Infine, i risultati provenienti da questa ricerca potranno aiutare a risolvere problematiche ancora aperte sul controllo dei parametri fisici e litologici sulle proprietà sismiche delle rocce polifasiche deformate in zone di taglio. Per tale motivo, il contributo che si apporterebbe alla conoscenza di una certa area, in termini di litologia, di proprietà petrofisiche e caratteristiche tessiturali, potrebbe fornire una base fondamentale per successive o parallele indagini geofisiche (ad esempio attraverso l’individuazione di riflettori sismici nella crosta).

Bibliografia

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Stipp M., Stuniz H., Heilbronner R., Schmid S. M., 2002. The eastern Tonale fault zone: a ‘natural laboratory’ for crystal plastic deformation of quartz over a temperature range from 250 to 700°C. J. Struct. Geol., 24, 1861–1884.

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Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le shear zone, di importanza regionale, si sviluppano comunemente nella crosta inferiore-media, ed evolvono per un considerevole lasso di tempo, dando la possibilità di ricostruire l’evoluzione termobarometrica e deformazionale durante l’esumazione di porzioni profonde di basamento cristallino. In tale contesto si evince come sin dalla loro prima descrizione (Lapworth, 1885), lo studio delle miloniti nelle shear zone ha consentito di ottenere risultati utili sia nel campo della reologia delle rocce sottoposte a deformazione non coassiale sia nella ricostruzione del cinematismo delle placche litosferiche.
Lo stato dell’arte attuale nel campo della conoscenza delle rocce di faglia, deriva essenzialmente dal contributo scientifico di due conferenze internazionali: la conferenza di Barcellona del 1979 e la seguente Penrose Conference del 1981.
Uno degli aspetti più salienti trattati nella prima di queste conferenze si è basato sullo studio dei meccanismi che inducono la localizzazione delle zone ad alto strain non-coassiale all’interno di un ideale livello omogeneo di rocce. In particolare, secondo White et al. (1980) and Porier (1980), tutti quei processi che inducono la formazione di una shear zone possono essere sintetizzati sotto il nome di meccanismi di strain softening, tra i quali possiamo annoverare lo sviluppo delle orientazioni cristallografiche preferenziali (lattice preferred orientation - LPO), il riscaldamento dovuto allo shearing o la dissipazione di calore dovuto allo sviluppo di deformazioni cristallo plastiche, ed altro ancora (Burlini and Bruhn, 2005). Ognuno di questi meccanismi può lavorare separatamente o in combinazione, permettendo di mantenere un indebolimento locale utile all’evoluzione ed al mantenimento nel tempo di un flusso plastico osservabile a diversa scala.
La Penrose Conference si è invece distinta per aver cominciato a unificare la terminologia usata dai diversi ricercatori nello studio delle zone di shear. In particolare, sono stati messi in evidenza i parametri fondamentali che contraddistinguono le peculiarità delle rocce milonitiche. Tali caratteristiche sono: a) riduzione della grana; b) sviluppo in una zona tabulare (spessa fino a 10 km); c) sviluppo di una foliazione caratterizzata dalla presenza di strutture di flusso e/o da stretching lineation ben evidenti.
I contributi di queste conferenze hanno inoltre dato luogo ad una serie di lavori scientifici successivi, quali ad esempio, lo studio di Wise et al. (1984), che hanno evidenziato come un ruolo importante nell’evoluzione delle shear zone milonitiche risieda nella competizione tra il tasso di deformazione e la velocità di recovery (l’insieme dei processi fisico-chimici che inducono l’annealing delle struttura deformazionali preesistenti). Un altro esempio è dato dal lavoro di Mawer (1986) che ha evidenziato come le miloniti s.s., per esser tali, non devono mostrare alcuna evidenza di perdita di coesione primaria della compagine cristallina durante l’evoluzione della deformazione duttile. Infine, prendendo spunto dagli sugli studi sopraccitati, Schmid e Handy (1991) hanno ritenuto che una corretta classificazione delle rocce milonitiche non possa prescindere dalla conoscenza dei meccanismi deformativi specifici attivi durante l’evoluzione dello shearing.
Alla luce delle conclusioni evinte dai lavori precedenti, l’evoluzione dei lavori scientifici dell’ultima decade, ha posto particolare attenzione sullo studio dei processi e dei meccanismi responsabili dello sviluppo delle tessiture di rocce mono- e poli-fasiche deformate sperimentalmente e confrontate con quelle deformate in natura (Heilbronner, 2002). Tali studi si sono rivelati funzionali alla comprensione dello sviluppo delle lattice- shape and grain boundary preferred orientation (LPO, SPO and GBPO, rispettivamente). Questo tipo di analisi si è inoltre rivelato utile alla determinazione delle leggi di flusso della materia derivate sia da esperimenti di laboratorio sia dal comportamento reologico in rocce deformate in natura.
Un altro campo di applicazione riguarda misure sperimentali della velocità di propagazione delle onde P ed S e della densità delle rocce in funzione di pressione e temperatura. Questi studi sono volti alle relazioni tra densità e velocità intrinseche di propagazione delle onde sismiche,così come nella determinazione dell’anisotropia sismica delle onde P e dello shear-wave splitting (Punturo et al., 2005).
Sebbene molti traguardi sono stati raggiunti, sono ancora molte le questione ancora aperte, che possono sinteticamente riferirsi: a) definizione, interpretazione a quantificazione dei diversi comportamenti alla deformazione, che influenzano la reologia delle rocce; b) riconoscimento dell’influenza delle anisotropie preesistenti nella nucleazione e propagazione delle zone di shear; c) valutazione dell’influenza delle LPO/SPO sulle proprietà sismiche della roccia.
In tale contesto, l’approccio multidisciplibìnare su cui si basa il presente progetto, applicato allo studio delle shear-zone naturali, può essere considerato utile alla soluzione d: a) dell’analisi dei meccanismi deformativi evolventi in regime plastico non-coassiale; b) alla caratterizzazione delle proprietà petrofisiche ad un valore di anisotropia crescente; c) allo studio geo-petrologico di shear zone naturali.
A tal fine, le due aree di studio selezionate rappresentano due siti naturali idonei per lo studio dei cambiamenti tessiturali, composizionali e microstrutturali all’interno di una zona di shear caratterizzata da un incremento graduale dell’anisotropia tessiturale, utili alla comprensione delle implicazioni potenziali con il cambiamento parallelo delle proprietà elastiche.
(1) la shear zone di Kavala, ubicata nell’omonimo plutone nella parte nord orientale della Grecia, costituisce un eccellente sito per l’osservazione dello sviluppo dello strani non-coassiale, correlato con lo shearing milonitico Medio-Eocenico Medio-Miocenico che ha interessato un protolite granitoide non deformato (Brun and Sokoutis, 2007 e bibliografia citata). (2) la shear zone di Montalto, ubicata nel settore meridionale dell’Orogene Calabro Peloritano (Italia meridionale), si è sviluppata durante le fasi deformazionali convergenti Africa-vergenti ascrivibili ad un evento orogenico Alpino precoce Oligo-Miocenico (Pezzino et al., in stampa).
È altresì importante evidenziare, che gli interessi scientifici dell’unità proponente hanno già riguardato ricerche strutturali e petrologiche nelle due aree di studio (Kyriakopoulos et al., 1988; Pezzino et al., 1990; Del Moro et al., 1990; Puglisi and Pezzino, 1994; Ortolano et al., 2005; Fazio et al., stampa).


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