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INTRODUZIONE E SCOPI Scopo principale del presente progetto di ricerca biennale è quello di definire il ruolo dell'orogenesi Cimmerica nella catena degli Alborz e di ricostruirne la storia tettonica. Fondamento del nostro lavoro sarà la raccolta di nuovi dati geologici, strutturali, stratigrafici e petrografici in aree scelte della catena, in cui le principali fasi tettoniche possono essere riconosciute e datate attraverso il confronto tra unità tettono-stratigrafiche di età diversa. L'analisi della parte centrale della catena sarà condotta con lo scopo di definire le caratteristiche delle strutture Cimmeriche e della successiva deformazione Alpina entro la porzione più settentrionale del blocco dell'Iran. La maggior parte del lavoro sarà dedicata allo studio del complesso di subduzione-accrezione Paleotetideo lungo la parte più settentrionale degli Alborz, dai Monti di Talesh (Alborz Occidentali) alla regione di Aghdarband a oriente. Attenzione particolare verrà dedicata alle unità poco conosciute presenti nella parte nord-occidentale della catena nell'area di Masuleh e di Shanderman. La raccolta di nuovi dati geologici, stratigrafici e strutturali sarà effettuata anche nell'area di Gorgan, dove unità tettono-metamorfiche presumibilmente di pertinenza Iraniana sono state deformate durante l'evento Cimmerico e sono state poi ricoperte in discordanza dalla Formazione di Shemshak. Infine, prenderemo in considerazione anche la regione di Aghdarband, che è stata studiata in maggior dettaglio dagli autori (e.g. Ruttner 1991, 1993). I nuovi dati raccolti durante il progetto PRIN2004 sui complessi tettonici associati alla chiusura della Paleotetide ci consentiranno di effettuare un paragone con le equivalenti strutture già riconosciute nell'area di Mashad. I prodotti finali della nostra ricerca includeranno una serie di sezioni strutturali interpretative lungo transetti selezionati attraverso la catena degli Alborz. Queste sezioni forniranno esempi significativi delle fasi tettoniche sovrapposte attraverso le quali la catena si è formata, con particolare dettaglio per quanto riguarda i più antichi eventi Cimmerici. Dedicheremo attenzione particolare soprattutto all'analisi meso-strutturale delle rocce deformate, alla cinematica delle principali strutture, e alla ricostruzione dei campi di paleostress. Per quanto riguarda la parte stratigrafica e sedimentologica della nostra ricerca, attenzione specifica verrà concentrata sulla Formazione di Shemshak e sugli altri corpi clastici associati all'orogenesi Cimmerica. L'analisi di dettaglio petrografica e mineralogica di queste unità fornirà dati fondamentali per precisare l'età delle principali fasi collisionali, per meglio definire la posizione della zona di sutura e le caratteristiche litologiche e tettono-stratigrafiche delle rocce sorgenti. Punteremo anche a definire quali unità tettoniche e quando e come esse sono state coinvolte dall'orogenesi Cimmerica. Queste informazioni forniranno un punto di partenza per successive ricostruzioni paleogeografiche, strutturali, e paleogeodinamiche dei margini del blocco Iraniano. Per raggiungere gli obiettivi prefissi, il lavoro sul terreno sarà condotto da un gruppo costituito da 3 o 4 ricercatori, che lavoreranno, sia sul terreno sia successivamente in fase di elaborazione dei dati di terreno e di laboratorio, congiuntamente agli afferenti all'Unità di Ricerca dell'Università di Milano per i due anni di durata del progetto. Alle attività di terreno parteciperanno anche i geologi del Servizio Geologico Iraniano, che hanno già lavorato con noi nell'ambito del progetto MEBE (Dr A. Shaidi, M.R. Ghassemi, J. Sabouri, M. Rahmati). Metodi e strumenti Dal punto di vista strutturale, effettueremo le classiche analisi di terreno relative sia allo studio delle strutture duttili sia di quelle fragili. Le principali strutture verranno analizzate allo scopo di riconoscere e distinguere gli eventi tettonici più recenti da quelli più antichi. Le differenti fasi verranno distinte facendo uso dei metodi classici per il riconoscimento di eventi deformativi sovrapposti. Questo tipo di studio sarà condotto principalmente lungo i transetti selezionati, dove misure e campioni saranno raccolti con grande dettaglio. L'analisi strutturale delle strutture duttili includerà il riconoscimento e la descrizione di pieghe e foliazioni sovrapposte, delle zone di taglio di tipo milonitico e delle associazioni mineralogiche caratteristiche di ciascuna fase deformativa. Successivamente, la sequenza delle paragenesi metamorfiche e le stime termo-barometriche consentiranno di collocare ciascuna fase tettonica nell'appropriato livello strutturale. La ricostruzione di percorsi P-T mediante analisi microstrutturali e in microsonda, che realizzerà S. Poli nei laboratori dell'Università di Milano, servirà a definire le condizioni metamorfiche e il contesto geodinamico nel quale si è realizzato ogni singolo evento riconosciuto. Lo studio delle faglie verrà effettuato principalmente sul terreno e riguarderà le principali strutture riconosciute nell'area investigata. Verrà stabilita una cronologia relativa, basandosi sulle relazioni geometriche tra popolazioni complesse di faglie e sullo studio dei tettoglifi lungo i piani di faglia. Ricostruzioni degli stati di paleostress saranno realizzate seguendo i metodi di inversione proposti da Angelier (1984, 1990). L'acquisizione rapida di dati di terreno mediante l'uso di piccoli computers portatili sarà di grande aiuto in questa fase. I risultati così ottenuti saranno paragonati ed integrati con i dati raccolti nel 2003 attraverso il progetto MEBE (Zanchi et al., 2003, 2004). Dal punto di vista sedimentologico e stratigrafico, cercheremo di definire nel maggiore dettaglio possibile, in stretta cooperazione con i paleontologi e con gli stratigrafi dell'Unità di Milano, l'assetto della parte basale e inferiore della Formazione di Shemshak, dedicando particolare attenzione alle facies più significative (e.g.: depositi torbiditici deposti davanti al cuneo di accrezione della Palaeotetide). Maggiore attenzione verrà data alla poco studiata successione Triassica dell'area di Masuleh, che non è mai stata oggetto di studi approfonditi. La porzione basale e inferiore della Formazione di Shemshak sarà campionata soprattutto in sezioni stratigrafiche scelte in aree chiave, per la successiva analisi petrografica e mineralogica. Lo studio composizionale e l'analisi di provenienza verrà effettuata secondo tecniche messe a punto negli ultimi anni (per es. Garzanti & Vezzoli 2003) presso il Laboratorio di Petrografia del Sedimentario dell'Università di Milano-Bicocca. Le interpretazioni di provenienza saranno condotte in riferimento all'ampia base di dati sui sedimenti attuali prodotti dall'erosione delle catene Alpina e Himalayana e deposti nei bacini di avampaese associati, recentemente raccolti nell'ambito di progetti COFIN 2001, COFIN 2003, e FIRB 2002 (Garzanti et al., 2004a; 2004b). Nell'ambito del progetto FIRB 2002 ancora in corso, lavoro specifico sui sedimenti attuali derivati dalle catene caucasiche e deposti attorno alla regione del Mar Caspio è stato effettuato in stretta collaborazione coi ricercatori del CASP e dell'Università di Cambridge (Vincent et al., 2003). I risultati dello studio petrografico e mineralogico ottenuti nell'ambito del presente progetto saranno anche confrontati e correlati con le mode detritiche di altri corpi clastici Eo-Cimmerici e Neo-Cimmerici studiati nell'ultimo decennio nell'ambito di progetti MURST 40%, COFIN 1999, e Peritetide, in aree che includono il Karakorum (Gaetani et al. 1993; Zanchi et al., 2000), il Mangyshlak (Gaetani et al. 1998), il Turkmenistan (Garzanti & Gaetani 2002) e il Grande Caucaso Settentrionale (Gaetani et al., in stampa). Risultati attesi I prodotti finali della nostra ricerca riguarderanno la definizione delle aree soggette a deformazione durante la chiusura della Paleotetite e la ricostruzione del loro significato paleogeodinamico. Il nostro lavoro permetterà di capire se queste unità sono falde provenienti dall'Eurasia, oppure se si tratta di unità deformate del margine settentrionale del blocco dell'Iran. Sezioni geologiche interpretative saranno ricostruite sulla base dei dati originali rilevati sul terreno. Queste sezioni conterranno anche le informazioni strutturali necessarie a capire la complessa evoluzione della catena analizzata. I dati ottenuti in questo progetto costituiranno un punto di partenza per giungere a ricostruzioni geodinamiche più accurate del margine settentrionale del blocco iraniano. Ricostruzioni degli stati di sforzo saranno ottenute attraverso l'inversione delle popolazioni di faglie misurate. Verranno inoltre ricostruiti dei percorsi P-T per alcuni dei campioni più significativi raccolti nei complessi metamorfici, sulla base della storia deformativa riconosciuta sul terreno. Le pubblicazioni riguarderanno le caratteristiche generali dell'evoluzione strutturale degli Alborz durante tra la fine del Paleozoico e il Mesozoico durante la chiusura della Paleotetide ed eventualmente anche l'evoluzione recente di queste aree. Alcuni lavori riguarderanno specificamente lo studio petrografico delle arenarie della Shemshak. DESCIZIONE DELLE ATTIVITA' NELLE AREE SCELTE Alborz Centrale Per prima cosa verrà analizzata la parte centro-occidentale degli Alborz, dove sono già disponibili carte geologiche dettagliate. In queste aree, dove la discordanza Cimmerica è ben esposta, verranno definiti i caratteri delle strutture presenti al di sotto della discordanza stessa, per paragonarli a quelli delle strutture che interessano le successioni post-Cimmeriche. Focalizzeremo la nostra attenzione sul riconoscimento di strutture di inversione, come nel caso del cosiddetto klippe di Sharistanak, situato a nord di of Teheran, che è stato reinterpretato come un vecchio graben invertito durante la recente transpressione (Zanchi et al., 2004). L'area attorno al sovrascorrimento del Kandevan sembra molto promettente da questo punto di vista, e sarà perciò analizzata in dettaglio. La maggior parte delle osservazioni strutturali sarà effettuata lungo le strade tra Karaj e Chalus, tra Teheran e Amol e nelle aree circostanti. L'analisi stratigrafica della Fm. di Shemshak, che è ben esposta e relativamente poco deformata, permetterà di caratterizzarne le facies più distali. Monti di Talesh (Alborz Occidentale) La seconda zona di studio da analizzare in dettaglio è ubicata a Nord di Masuleh e comprende l'intera regione situata tra il Boghrov Dagh a ovest e il Masuleh Dagh a est, fino a raggiungere la zona assiale della catena costituita dalle vulcaniti eoceniche. Da un punto di vista strutturale, il primo problema da affrontare consiste nella separazione delle strutture di età alpina, caratterizzate dalla formazione di un sistema embricato di sovrascorrimenti vergenti a SO, da quelle Cimmeriche e dal metamorfismo ad esse associato. Le analisi strutturali terranno inoltre in considerazione i problemi connessi alla curvatura dei trend strutturali della catena degli Alborz. In questa regione, infatti, le strutture cambiano orientazione, ruotando in senso orario da NO-SE a N-S. Questo studio aiuterà a definire la cinematica delle strutture N-S, che sembrano avere un carattere marcatamente traspressivo, secondo quanto evidenziato dai dati sismologici. Verrà posta particolare attenzione ai grandi sovrascorrimenti di importanza regionale che delimitano i fianchi occidentali del Boghrov e del Masuleh Dagh, accavallando il Paleozoico al di sopra delle unità del Mesozoico. Verrà attraversata la catena del Boghrov Dagh da ovest verso est, allo scopo di raggiungere la parte occidentale del complesso di Shanderman per esaminare il limite tettonico tra le metabasiti e le successioni Paleozoiche. Un'altra importante area da analizzare in dettaglio è ubicata in prossimità di Masuleh. Qui la Formazione di Shemshak ricopre in discordanza la parte superiore del complesso di Gasht e le successioni Paleozoiche, a loro volta intruse da plutoni indeformati, probabilmente di età tardo-Triassica (Crawford, 1977). Ulteriore lavoro sarà svolto nel complesso di Shanderman, specialmente nella valle di Lachur e di Urma, dove sono stati trovati nel 2003 affioramenti di metabasiti di alta pressione e complessi serpentinitici precedentemente sconosciuti. Queste analisi contribuiranno a definire sia le relazioni geometriche con le unità sovrastanti, sia a riconoscere le caratteristiche composizionali del complesso di Shanderman e la sua evoluzione metamorfica. Verranno inoltre condotte analisi stratigrafiche e sedimentologiche delle facies prossimali più grossolane della Formazione di Shemshak e delle unità triassiche. Le unità terrigene verranno accuratamente campionate per analisi petrografiche e mineralogiche. Alborz Centro-Orientale: la zona di Gorgan In questa area verrà analizzata in dettaglio il settore circostante la cittadina di Gorgan, dove affiora il complesso degli Scisti di Gorgan. Questa area è collocata nel settore centro-orientale dell'Alborz, dove sono disponibili carte geologiche realizzate recentemente dal Servizio Geologico Iraniano (Shahrabi, 1991; Alavi, 1996). Il complesso metamorfico degli scisti di Gorgan è stato probabilmente deformato tra la fine del Paleozoico e l'inizio del Mesozoico ed è ricoperto in discordanza dalla Formazione di Shemshak. I protoliti sembrano appartenere alle successioni paleozoiche e forse anche del Triassico basale dell'Alborz. Le analisi di terreno dei rapporti geometrici con le successioni Meso-Cenozoiche, unitamente allo studio dei protoliti degli scisti di Gorgan, permetteranno di chiarire l'età del metamorfismo e l'assetto strutturale del complesso metamorfico. In questa area sarà assolutamente necessario analizzare anche la deformazione più recente, in quanto l'intera unità sembra essere delimitata da un grande sovrascorrimento nord-vergente che accavalla gli scisti di Gorgan sui depositi Quaternari della piana costiera del Caspio. Contemporaneamente, verranno eseguite analisi stratigrafiche nella parte basale della Formazione di Shemshak per definirne le caratteristiche sedimentologiche e petrografiche. Area di Aghdarband Questa area è già stata studiata e cartografata in grande dettaglio dagli autori precedenti (Ruttner, 1991; 1993 e riferimenti; Alavi et al., 1997). Partendo dalle carte geologiche già pubblicate, verranno presi in esame soprattutto gli aspetti strutturali che sembrano essere qui molto complessi e caratterizzati dalla presenza di sistemi di faglie trascorrenti sinistre, che formano il limite tra le unità Eurasiatiche e il cosiddetto Triassico di Aghdarband. Anche se Ruttner (1993) sostiene che si tratti di strutture Cimmeriche perfettamente preservate, è necessario un dettagliato studio per riconoscere e distinguere gli eventi deformativi più antichi da quelli più recenti, analogamente a quanto detto per le altre aree. Nel Triassico di Aghdarband sono state riconosciute due grandi discordanze. Sotto la prima, presente alla base del Trias Inferiore, affiorano le ofioliti di Aghdarband. La discordanza superiore è del Retico (discordanza Cimmerica). Lo studio accurato a carattere stratigrafico e strutturale di queste discordanze permetterà di definire i caratteri deformativi di questi due eventi apparentemente molto diversi tra loro, permettendo di compiere un paragone diretto con l'assetto e l'evoluzione strutturale riconosciuta da Alavi (1991, 1996) nella vicina area di Binalood. Uno studio dettagliato a carattere petrografico delle successioni terrigene del Triassico di Aghdarband verrà inoltre condotto anche in questo settore.
