RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Metodologie integrate (maturità della materia organica, inclusioni fluide, mineralogia e geochimica delle argille, tracce di fissione ed età U-Th/He) per la ricostruzione dei carichi tettonico/sedimentari e dell'esumazione in Appennino meridionale (confine calabro-lucano) e in Sicilia orientale (catena sedimentaria a pieghe e sovrascorrimenti)

Università di riferimento

Università degli Studi ROMA TRE - SCIENZE GEOLOGICHE - ROMA(RM)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Sveva CORRADO

Descrizione

La migrazione verso l'avampaese e la coesistenza in settori adiacenti della catena sedimentaria a pieghe e sovrascorrimenti della Sicilia di processi deformativi compressivi ed estensionali con velocità confrontabili, unita al progressivo sollevamento regionale, fanno della Sicilia orientale un "case history" ideale per analizzare l'evoluzione e il significato geodinamico della geometria di un cuneo orogenico attraverso lo studio dell'evoluzione termica dei bacini sedimentari che ne costituiscono l'ossatura. A questo scopo particolare rilievo assumono le ricostruzioni delle geometrie della catena anteriori al sollevamento regionale. Inoltre, le unità litostratigrafiche maggiormente affioranti, per tipo di depositi (prevalentemente silicoclastici) e ambienti di sedimentazione, che comprendono bacini pelagici, d'avanfossa e "thrust top basin", ben si prestano a uno studio integrato di grado di maturità della materia organica dispersa nei sedimenti (m.o.), mineralogia delle argille (m.d.a.) e, subordinatamente, inclusioni fluide in quarzo e calcite e tracce di fissione su apatite. In quest'ottica gli obiettivi finali della ricerca sono riassumibili in due punti: 1) RICOSTRUZIONE DELL'EVOLUZIONE TERMICA DELLE UNITÀ STRATIGRAFICO-STRUTTURALI AFFIORANTI IN SICILIA ORIENTALE, lungo il transetto regionale a direzione circa meridiana, compreso tra S. Agata di Militello, Regalbuto e Ramacca (dai Monti Nebrodi a Nord, agli Iblei a Sud). L'obiettivo verrà conseguito acquisendo nuovi dati di m.o., m.d.a. e strutturali per una modellazione termico-strutturale dei bacini sedimentari coinvolti in catena, e integrandoli con i dati acquisiti in collaborazione con l'Unità di Ricerca (U.R.) di Camerino (tracce di fissione e inclusioni fluide). In particolare, s'intende studiare l'evoluzione termica delle unità affioranti in catena discriminando tra storie termo-bariche di puro seppellimento sedimentario e quelle di seppellimento tettonico, ricostruendo così l'eventuale presenza di unità oggi parzialmente o totalmente rimosse per erosione e/o tettonica, nonché la velocità di tali processi. Queste ricostruzioni verranno utilizzate per porre ulteriori vincoli alla definizione delle velocità ed entità della deformazione compressiva della catena sedimentaria. 2) CONFRONTO SISTEMATICO TRA DIFFERENTI METODOLOGIE D'INDAGINE sinora poco applicate in modo integrato nell'area italiana, in collaborazione con l'U.R. di Camerino. Questo confronto consentirà di controllare la validità dei metodi utilizzati nonché di affinare le tecniche impiegate per la ricostruzione della storia termica delle porzioni sedimentarie degli orogeni. METODOLOGIE 1. ANALISI OTTICA DI MATURITÀ DELLA M.O. DISPERSA NEI SEDIMENTI: CLASSIFICAZIONE (a), RIFLETTANZA DELLA VITRINITE (RO%)(b) E THERMAL ALTERATION INDEX DI PALINOMORFI (T.A.I.) (c). a) La m.o. dispersa nei sedimenti si trasforma già nei primi centimetri di profondità (eogenesi) in kerogene. In esso, sono microscopicamente riconoscibili diversi gruppi di frammenti (vitriniti-uminiti, inertiniti e liptiniti, in luce riflessa e fitoclasti, m.o. amorfa, palinomorfi, zooclasti in luce trasmessa) che verranno classificati nel corso della ricerca. b) Le vitriniti-uminiti sono tessuti gelificati prodotti dalla degradazione delle porzioni lignino-cellulosiche delle piante superiori. La loro degradazione termica conduce alla variazione irreversibile di alcune proprietà fisico-chimiche, che determinano un graduale aumento del loro potere riflettore (o riflettanza, Ro%), scandendo una scala di maturità termica della m.o. ben correlata con altri indicatori d'evoluzione termica dei sedimenti e con gli stadi di generazione degli idrocarburi. Le misure di Ro% verrano eseguite al microscopio ottico in luce riflessa, effettuando per ciascun campione circa cento misure su frammenti non alterati. Dall'interpretazione degli istogrammi di misura, si ricava il valore di Ro% medio. c) L'evoluzione termica della m.o. determina anche una variazione dei colori di alcuni dei suoi costituenti, che verranno valutati in luce trasmessa. Questi cambiamenti sono stati codificati per i palinomorfi in una scala cromatica che prevede una suddivisione in cinque classi di maturità crescente di T.A.I. correlabile con Ro%. Per ciascun campione si esaminano circa 50 esemplari del gruppo più abbondante di palinomorfi, attribuendo a ciascuno un valore per confronto con gli standard di riferimento. Dalla loro media aritmetica si ottiene il T.A.I. del campione. 2. ANALISI IN DIFFRAZIONE A RAGGI X (XRD) DELLE PORZIONI ARGILLOSE DELLE SUCCESSIONI SEDIMENTARIE. Nei sedimenti silicoclastici, i minerali argillosi rappresentano le uniche fasi che forniscono informazioni sulla loro storia termo-barica (diagenesi-anchizona-epizona). I parametri che possono essere utilizzati sono la variazione dell'indice di cristallinità di alcune fasi, la determinazione del valore del b0, la distribuzione degli spessori dei cristalliti di illite e clorite, la stima dei politipi dell'illite e le variazioni nei rapporti relativi delle fasi pure che costituiscono gli strati misti. In particolare, l'U.R. si occuperà: a) della determinazione delle variazioni composizionali e d'incidenza percentuale degli interstratificati presenti (p.e. strati misti illite/smectite); b) della distribuzione degli spessori dei cristalliti di illite e clorite; c) della stima dei politipi dell'illite. a) gli strati misti illite/smectite (I/S) sono stati utilizzati con successo nell'esplorazione petrolifera come indicatore dell'evoluzione termica dei sedimenti. Le trasformazioni individuate, irreversibili in condizioni di seppellimento progrado, seguono il seguente schema: di-smectite->strati misti disordinati I/S->strati misti ordinati I/S->illite->K-muscovite. Per la definizione dei suddetti parametri, l'indagine che si propone è quella in XRD che sarà eseguita su tutti i campioni relativamente a: - tal quale - frazione 2÷16 micron - frazione <2 micron b) la determinazione degli spessori dei cristalliti di illite fornisce un altro parametro indipendente per la stima della maturità termica dei sedimenti e consente di discriminare, attraverso una procedura di decomposizione del profilo del picco, la componente autigena da quella detritica di un sedimento. Ciò è essenziale nello studio di successioni silicoclastiche dove la componente detritica può obliterare le trasformazioni indotte da un seppellimento sedimentario e/o tettonico e quindi fornire informazioni di paleotemperature associate a una condizione ereditata e non relativa alla storia di seppellimento del bacino sedimentario in studio. Per ogni campione si effettueranno analisi in XRD, in collaborazione con l'USGS di Boulder (Colorado) relative a: - tal quale - frazione <2 micron - frazione <0,2 micron c) la stima della percentuale dei politipi dell'illite (1Md-1M-2M1) rappresenta un ulteriore parametro per discriminare la porzione detritica e/o diagenetica di un sedimento silicoclastico e fornire indicazioni sull'evoluzione termica dei sedimenti. 3. RILEVAMENTO GEOLOGICO-STRUTTURALE sui contatti tra le principali Unità tettoniche con raccolta ed elaborazione di dati alla meso-scala nell'area di M. Judica. 4. MODELLAZIONE DELLA STORIA DI SEPPELLIMENTO E TERMICA DELLE SUCCESSIONI SEDIMENTARIE AFFIORANTI. La modellazione del transetto sarà eseguita utilizzando i "software" BasinMod 1D (disponibile a "Roma Tre"), GET1 e SEbe 3(disponibili in Agip). Questi programmi permettono di ricostruire la storia di seppellimento e termica sia in bacini indeformati sia in catena, ove la messa in posto di "thrust sheet" produce la creazione di carichi tettonici. La prima fase prevede l'input di dati geologici relativi alle successioni sedimentarie e alla loro storia deformativa (età delle formazioni e degli eventi deformativi; caratteristiche fisico-chimiche delle rocce, ecc.). Dalle curve di seppellimento si passa alla modellazione termica, definendo le condizioni termiche al contorno del sistema nel tempo. I modelli sono quindi calibrati con gli indicatori d'evoluzione termica dei sedimenti sino a definire gli intervalli spazio-temporali in cui le successione sedimentarie hanno sperimentato determinate temperature, gli spessori dei corpi geologici che hanno indotto la formazione di carichi tettonici e le velocità della loro rimozione per erosione e/o tettonica. 5. Per le metodologie di studio di TRACCE DI FISSIONE E INCLUSIONI FLUIDE si rimanda al modello B dell'U.R. di Camerino. FASI DELLA RICERCA E COMPITI DELL'UNITA' DI RICERCA FASE 1. Revisione critica della letteratura e dei dati esistenti. Durata: mesi 1 FASE 2. Campionamento delle successioni sedimentarie affioranti lungo il transetto (ca. 130 campioni per m.d.a. e 60 per m.o.). Raccolta di ca. 10 campioni per lo studio delle inclusioni fluide in quarzo e calcite e di 4 campioni per lo studio delle tracce di fissione su apatite. Il numero indicativo di campioni e il tipo di analisi proposte per le diverse unità litostratigrafiche è suggerito dai risultati di un'analisi preliminare relativa al contenuto in strati misti I/S e Ro% che è stata eseguita nell'ambito di una precedente ricerca su 30 campioni (finanziata dal C.N.R. ed eseguita in collaborazione con l'Università di Catania), dalla qualità degli affioramenti già in parte visitati, e dagli spessori totali delle successioni di appartenenza. Il settore settentrionale del transetto è dominato dalle unità del Complesso Sicilide al cui interno, l'Unità strutturale più elevata è rappresentata dall'Unità di Cesarò, estesamente affiorante nei Monti Nebrodi e costituita alla base dal Flysch di Monte Soro (Cretaceo; 20 camp.) seguito da una successione pelitica di mare profondo (Argille Scagliose sup.). Al letto di questa Unità affiora l'Unità strutturale di Troina-Tusa la cui base è costituita da Argille Scagliose del Cretaceo sup.-Eocene e dalla F. di Polizzi. Queste formazioni sono state cartografate in una stretta fascia a sud della struttura di M. Judica sulla quale sono sovrascorse in fortissima alloctonia (a costituire, insieme al Flysch Numidico, la cosiddetta falda di Gela). Queste verranno campionate esclusivamente per l'analisi della m.d.a. (10 camp.). Nel settore settentrionale, affiorano i termini più giovani dell'Unità di Troina-Tusa: si tratta delle formazioni oligo-mioceniche rappresentate dalle Argille Varicolori (Oligo-Miocene p.p.; 10 camp. per m.d.a.) e dal Flysch di Troina-Tusa (Miocene inf.; 10 camp.), ricoperto a sua volta in discordanza da depositi di "thrust-top basin" costituiti dal Flysch di Reitano (Burdigaliano-Serravalliano; 5 camp.) Questi depositi sono sovrascorsi sull'Unità di Nicosia costituita alla base da Argille Varicolori (10 camp. per m.d.a.) e da un'alternanza di argille brune e di quarzareniti (Flysch Numidico, 10 camp. per m.d.a.). A sua volta l'Unità di Nicosia poggia tettonicamente su di un'Unità costituita prevalentemente dal Flysch Numidico (Unità di M. Salici-M. Altesina) costituita da argille brune (Oligocene sup.-Aquitaniano; 10 camp. per m.d.a.) e da quarzareniti del Burdigaliano-Langhiano del Flysch Numidico. Procedendo verso Sud, si sviluppa l'Unità di M. Judica, costituita da una successione bacinale mesozoico-terziaria (10 camp. solo nella F. della Mufara e nei Calcari con selce triassici) seguita da una successione oligo-miocenica di argille marnose e arenarie glauconitiche (10 camp. per mda). Nell'Unità di M. Judica è prevista anche la raccolta di campioni per l'analisi delle inclusioni fluide in sistemi di vene di quarzo e calcite sviluppati nella successione sedimentaria mesozoica (in particolare in Calcari con selce e Radiolariti) per un massimo di 10 campioni, accompagnate da un'analisi meso-strutturale, volta a contestualizzare strutturalmente la loro formazione ed evoluzione. Questo approfondimento deriva dalla necessità di affiancare ai dati di maturità di m.o. e m.d.a., che forniscono indicazioni sul massimo seppellimento, un vincolo indipendente di temperature relativo alla storia deformativa di questa unità, che ha subìto forti traslazioni e rotazioni nel corso della strutturazione orogenica. Lungo l'allineamento Leonforte-Centuripe affiorano i sedimenti silicoclastici tortoniano-pliocenici, depostisi in discordanza sulle unità della catena all'interno di bacini satelliti, conservati lungo il transetto nella sinforme di Regalbuto e rappresentati dalle facies prossimali della F. Terravecchia (Tortoniano sup.; 10 camp.), dalla successione Evaporitica messiniana e dai Trubi (Pliocene inf.; 5 camp.). Campioni per l'analisi delle tracce di fissione verranno prelevati nei settori più interni di pertinenza sicilide (p.e., Flysch di Monte Soro, Flysch di Troina Tusa) in numero molto limitato (max 4 camp.) che sulla base dei dati di maturità termica attualmente a disposizione, indicano stadi termici tipici della finestra a olio (Ro%=0,6-0,8). Durata: mesi 4. Costo: circa 20% del costo totale. FASE 3. Preparazioni dei campioni, analisi di Laboratorio, elaborazione, interpretazione e correlazione. a) Preparazione dei campioni (presso i Laboratori del Dip. di Scienze Geologiche dell'Università Roma Tre: DSG3). b)Analisi ottica della m.o.: analisi composizionale, valutazione del T.A.I., misurazione di Ro% (presso il DSG3 e la School of Civil Engineering and Geosciences, University of Newcastle con cui da alcuni anni è in corso una collaborazione che prevede l'utilizzo gratuito delle apparecchiature). c) Analisi diffrattometrica delle argille (presso il DSG3 e l'USGS. di Boulder (Colorado) con cui da alcuni mesi è in corso una collaborazione che prevede l'utilizzo gratuito delle apparecchiature). d) Interpretazione e correlazioni. Confronto e integrazione con i dati forniti dall'U.R. di Camerino. Impostazione del "modelling". Prima valutazione dei carichi tettonico/sedimentari subìti nel passato nelle diverse porzioni del transetto. Durata: 12 mesi. Costo: 55% del costo totale. FASE 4. Elaborazione del modello di evoluzione termico-strutturale, reinterpretazione geometrico-cinematica dei profili geologici esistenti e dei dati acquisiti nelle fasi precedenti. Costruzione di sezioni geologiche geometricamente corrette. Valutazione dei carichi tettonico/sedimentari subìti nel passato. Confronto con dati e interpretazioni disponibili per l'Appennino meridionale e la Sicilia. Realizzazione di un "workshop" informale con ricercatori di altre sedi, esperti di tematiche regionali e metodologiche inerenti la ricerca. Pubblicazione dei risultati. Durata: 5 mesi. Costo: 23% del costo totale. FASE 5. Collaborazione con l'U.R. di Camerino. In questa fase, trasversale alle precedenti, si procederà all'analisi della m.o. (circa 20 camp.), nonché al "modelling" termico-strutturale di settori rilevanti del confine calabro-lucano. Tale fase ha lo scopo di verificare l'efficacia della metodologia integrata proposta e di produrre congiuntamente una sintesi di carattere regionale relativa all'Appennino meridionale e alla Sicilia orientale. Durata: 2 mesi. Costo: 2% del costo totale. RISULTATI ATTESI I risultati attesi per il transetto della Sicilia orientale saranno: - Quadro di correlazione dei dati di maturità della m.o., m.d.a., tracce di fissione e inclusioni fluide. - Diagrammi di seppellimento e storia termica delle successioni in cui sono evidenziati intervalli temporali in cui sono stati raggiunti i valori di maturità della m.o. e dei parametri mineralogici acquisiti. - Carte di distribuzione dei dati analitici, dei carichi tettonico/sedimentari e delle entità e velocità di esumazione. - Sezioni geologico-strutturali (per rilevanti stadi temporali), corredate dalla ricostruzione dell'evoluzione degli spessori dei carichi tettonici e/o sedimentari e dai dati analitici d'evoluzione termica delle successioni studiate. - Pubblicazioni a carattere prevalentemente metodologico e, subordinatamente regionale, su riviste d'interesse nazionale e internazionale.