mercoledì 19 settembre 2012

La zona di deformazione traspressiva nella Formazione di Ranzano affiorante lungo l'alveo del F. Secchia a Castellarano (Appennino settentrionale)

Paolo Balocchi (1), Tommaso Santagata (2)




Riassunto: Lo studio proposto di seguito riguarda l'analisi geologico-strutturale degli affioramenti situati lungo il fiume Secchia presso il comune di Castellarano, affioramenti appartenenti alla Formazione di Ranzano (Successione Epiligure), che in quest'area rappresentano la parte inferiore della facies arenaceo-conglomeratica del Membro della Val Pessola. Dal punto di vista tettonico, gli affioramenti studiati sono collocati all'interno di un'area racchiusa tra la Sinclinale di Viano verso ovest e la monoclinale di Montegibbio ad est, mentre le strutture tettoniche di tipo fragile sono rappresentate da un sistema di faglie inverse in cui il blocco orientale risulta rialzato rispetto al blocco occidentale ribassato (Sinclinale di Viano).Con il rilevamento geologico-strutturale dell'area è stato possibile definire, oltre agli assetti degli affioramenti e delle strutture tettoniche presenti, la presenza di strutture note come deformation bands, piccole faglie millimetriche presenti in litologie arenacee in cui la fratturazione dei grani avviene per taglio. Inoltre sono stati misurati gli assetti di diverse mesofaglie che sono state raggruppate in tre famiglie diverse in base ai dati rilevati. Le strutture sono state analizzate secondo il metodo geometrico del diedro acuto di Anderson, poiché non è stato possibile rilevare la presenza di indicatori cinematici utili per definire il movimento tra i blocchi delle mesofaglie. Dallo studio effettuato risulta che l'intera area lungo il Fiume Secchia in cui affiorano le unità Epiliguri è stata interessata da diversi eventi deformativi, di cui tre di tipo compressivo ed uno di tipo distensivo, che hanno generato strutture tettoniche diverse tra loro.




(1) Geologo del GeoResearch Center Italy – GeoBlog (sito internet: www.georcit.blogspot.com; mail: georcit@gmail.com).
(2) Geometra e collaboratore del GeoResearch Center Italy – GeoBlog.
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GeoResearch Center Italy - GeoBlog, pub. n° 5 (2012), ISSN: 2240-7847.



Introduzione
L'area in cui è stata effettuata l'analisi geologico-strutturale si trova nel comune di Castellarano, lungo l’alveo del Fiume Secchia (fig. 1) poco dopo lo sbarramento artificiale, procedendo da monte verso valle.
Le litologie presenti nell'area di studio fanno parte della Successione Epiligure, caratterizzata da potenti torbiditi arenacee e conglomeratiche (Formazione di Ranzano) in cui sono presenti depositi sedimentari ottimi per poter ricostruire gli effetti delle tappe significative dell'evoluzione tettonica dell'Appennino dell’Oligocene inferiore.
I sedimenti della Successione Epiligure costituiscono il prodotto della sedimentazione sul prisma di accrezione Ligure sviluppatisi durante la fase post-collisionale avvenuta tra  placca Adria con quella Europea, fase caratterizzata dalla progressiva traslazione delle Liguridi verso i domini Subligure, Toscano, Umbro-Marchigiani e Padano.
A partire dal Miocene superiore l'ambiente di sedimentazione subisce un cambiamento drastico, passando da un ambiente di scarpata-bacino piuttosto profondo ad un ambiente di piattaforma di tipo pericontinentale, mentre dal Miocene inferiore, con l'apertura  del Tirreno, la deposizione è caratterizzata in maggior parte da marne sabbiose.
Con questo studio si cerca quindi di analizzare i principali eventi deformativi che si sono verificati in quest'area e che hanno portato alla formazione di strutture tettoniche ad oggi visibili e studiate mediante rilievi effettuati in campagna ed analisi dei dati, oltre a ricerche bibliografiche e modelli di studio già noti.

Inquadramento geologico regionale
Gli affioramenti studiati sono all’interno di un’area che è caratterizzata dalle litologie della Formazione di Ranzano appartenente alla Successione Epiligure (Bettelli e al., 1987a; 1987b). Tale formazione è rappresentata da corpi sedimentari di origine torbiditica con geometria da tabulare a lenticolare e con litologie e facies molto variabili, da conglomeratiche ad arenacee, arenaceo-pelitiche e pelitiche (Martelli e al., 1998; Papani e al., 2002a; Gasperi e al., 2005a). L’ambiente deposizionale è quello di scarpata e di bacino. Al suo interno si ritrovano a diversi livelli dei corpi di frana sottomarina. L’età della formazione è variabile dall’Eocene superiore all’Oligocene inferiore (Priaboniano sup. – Rupeliano sup.).
Sulla base di differenze di facies, stratigrafiche e della composizione petrografica dei litotipi arenitici, la Formazione di Ranzano viene distinta in vari membri (Martelli e al., 1998; Papani e al., 2002a; Gasperi e al., 2005a). Gli affioramenti studiati sono stati attribuiti alla facies arenaceo-conglomeratica del Membro della Val Pessola, caratterizzata da banchi arenacei a grana grossolana e conglomeratici e che in quest'area costituisce la parte inferiore della formazione (Martelli e al., 1998; Gasperi e al., 2005a). Il contatto inferiore della formazione è per lo più con la formazione delle Marne di Monte Piano  ed è segnato dalla comparsa di ben netti livelli arenacei, assenti nella parte alta della formazione sottostante. Localmente la Formazione di Ranzano appoggia direttamente sulle Liguridi deformate. Molto spesso il contatto con le Marne di Monte Piano è discordante con una netta lacuna erosiva (Papani e al., 1987; Martelli e al., 1998).


Figura 1: Schema strutturale. Legenda: 1 = traccia delle principali strutture di accavallamento;
2 = traccia delle superfici di accavallamento riutilizzate con meccanismo estensionale;
3 = traccia delle principali faglie trascorrenti; 4 = traccia assiale delle Sinclinali;
A. S. = Affioramenti studiati (modificato da Gasperi e al., 2005).
Dal punto di vista tettonico (fig. 1) gli affioramenti studiati sono collocati all’interno di una fascia a direzione N-S che si estende lungo il corso del Fiume Secchia nei pressi di Castellarano. Tale area è racchiusa tra due strutture tettoniche denominate Sinclinale di Viano a ovest e struttura di Montegibbio a est. La Sinclinale di Viano (Papani, 1971; Papani et al., 1987; De Nardo et al., 1991; Balocchi, 2012) è una struttura plicativa alla scala cartografica che può essere imputata a fasi tettoniche anteriori al Burdigaliano e che coinvolge le unità liguri cretaceo-eoceniche (Cassio e Viano) e la parte inferiore pre-burdigaliana della Successione epiligure. La struttura di Montegibbio (Gasperi e al., 2005) è una monoclinale che coinvolge le formazioni epiliguri e su di essa in discordanza appoggiano i depositi messiniani della Formazione a Colombacci e pliocenici. La struttura è caratterizzata da assetti stratigrafici subverticali o molto inclinati verso SE.
Lè strutture tettoniche fragili entro l’area studiata sono rappresentate dalla Linea Canossa – San Romano (Papani, 1971; Papani e al., 2002a; 2002b; Gasperi e al., 2005a; 2005b), un sistema di faglie inverse che giustappone il blocco orientale rialzato, al blocco occidentale ribassato che è rappresentato dalla Sinclinale di Viano. Il fascio di dislocazione del M. Scisso (Gasperi e al., 2005a) limita l’area ad est con la struttura di Montegibbio. La dislocazione è rappresenta una struttura trasversale a direzione antiappenninica che corre da Frignano a Sassuolo, più o meno parallelamente al corso del Fiume Secchia, andando ad interferire con altre faglie inverse a direzione appenninica che interessano il versante destro della Val Secchia e la struttura di Montegibbio. Il fascio di dislocazione del M. Scisso, per questo settore della catena appenninica, potrebbe rappresentare una sorta di rampa laterale, dove il rigetto verticale apparente sembra essere di un generale abbassamento del settore orientale.

Descrizione delle strutture mesoscopiche
Gli affioramenti studiati inerenti al Membro della Val Pessola (Formazione di Ranzano), presenti lungo l’alveo del Fiume Secchia, mostrano un assetto stratigrafico omogeneo, con una direzione e inclinazione N70°-70°, immergente verso NW.
In affioramento è inoltre visibile anche il contatto tra le unità basali della Successione Epiligure rappresentata dalle Marne di Monte Piano e le sottostanti unità Liguri. Tale contatto è rappresentato da una discordanza angolare che può essere descritta come una superficie planare con direzione e inclinazione N80°-70 immergente verso NW.

Durante il rilevamento geologico strutturale delle unità litologiche della Formazione di Ranzano, si sono riscontrate diverse strutture tettoniche riconducibili a delle deformation bands (Balocchi, 2011a; 2011b; 2011c). Tali strutture sono descritte in letteratura (Aydin, 1978; Antonellini, e al., 1994) come piccole faglie dello spessore millimetrico in litologie arenacee, dove i singoli grani si fratturano per taglio. Il rigetto è dell’ordine del millimetro o centimetro e il loro spessore è generalmente variabile dal millimetro al decimetro. Inoltre sono state misurale gli assetti di diverse mesofaglie.


Figura 2: a) Affioramento con la descrizione delle principali strutture tettoniche:
f1 = mesofaglie della famiglia 1; Set2 = Mesofaglie del set 2 della famiglia 2;
b) Stereogramma inerente all’assetto geometrico delle mesofaglie
appartenenti alla famiglia 1. Proiezione Equiareale, Emisfero Inferiore.


Figura 3: a) Affioramento con la descrizione delle principali strutture tettoniche:
set 1 = Mesofaglie del set 1 della famiglia 2; b) Stereogramma inerente
all’assetto geometrico delle mesofaglie appartenenti al set 1 della famiglia 2.
Proiezione Equiareale, Emisfero Inferiore.

Di seguito viene riportata la descrizione delle principali famiglie rilevate:

  • Famiglia 1 (f1): è rappresentata da mesofaglie sistematiche ad alto angolo (80°-90° circa) e direzione appenninica coniugate a mesofaglie sistematiche ad alto angolo e direzione antiappenninica (fig. 2)
  • Famiglia 2 (f2): è rappresentata da due sets di mesofaglie sistematiche a basso angolo (20°-30° circa). Il set 1 (fig. 3) ha una direzione appenninica e immersione SW ed è coniugato a mesofaglie con immersione opposta. Il set 2 (fig. 4) ha una direzione antiappenninica e immersione SE ed è coniugato a mesofaglie con immersione opposta;
  • Famiglia 3 (f3): è rappresentata da mesofaglie sistematiche con angolo intermedio tra i precedenti (40°-50° circa) e direzione variabile ma con maggiore concentrazione in direzione appenninica (fig. 5). Anche in questo caso sono presenti mesofaglie coniugate con immersione opposta.

Figura 4: a) Affioramento con la descrizione delle principali strutture
tettoniche: set 2 = Mesofaglie del set 2 della famiglia 2;
b) Stereogramma inerente all’assetto geometrico delle mesofaglie
appartenenti al set 2 della famiglia 2.
Proiezione Equiareale, Emisfero Inferiore.



Figura 5: Stereogramma inerente all’assetto
geometrico delle mesofaglie appartenenti
alla famiglia 3.
Proiezione Equiareale, Emisfero Inferiore.
Dal rilevamento geologico – strutturale è emersa una netta dispersione nelle direzioni delle mesofaglie appartenenti ai due sets della famiglia 2 che vanno da una direzione appenninica ad una direzione antiappenninica (fig. 3 e 4). Tale dispersione è stata messa in evidenza in altri studi relativi alle unità Epiliguri affioranti tra Zocca e Castel D’Aiano (Balocchi, 2003). Tali dati sono stati messi in relazione ad una zona di taglio trascorrente sinistra della val Lavino (Capitani, 1997) che ha portato alla rotazione esterna dell’ellissoide della deformazione (Balocchi, 2003).
Sono state studiate anche le intersezioni tra le diverse famiglie di mesofaglie rilevate, evidenziando come f1 viene tagliata ripetutamente dal set 1 della famiglia 2; Inoltre f3 taglia il set 1 della famiglia 2.

Analisi delle strutture
Durante il rilevamento geologico – strutturale del membro appartenente alla Formazione di Ranzano, affiorante lungo l’alveo del Fiume Secchia, non sono stati ricontrati indicatori cinematici utili a definire il movimento delle mesofaglie. Per l’analisi delle strutture è stato utilizzato il metodo geometrico del diedro acuto (Anderson, 1951), che parte dal presupposto che la roccia sia deformata secondo un modello di sforzo triassiale con le seguenti caratteristiche:

  1. il corpo roccioso è isotropo ed omogeneo, quindi privo di qualsiasi discontinuità preesistente;
  2. la deformazione sia di piccola entità;
  3. la pressione di confinamento rispecchi un ambiente superficiale (basso valore);

Secondo quanto esposto precedentemente, lo sforzo agente sulla roccia provocherebbe la formazione di sistemi di faglie coniugate dove la loro intersezione definisce la direzione di sforzo intermedio (Sigma 2), mentre la bisettrice del diedro acuto tra i due piani corrisponde alla direzione dell’asse di massimo sforzo (Sigma 1), e la bisettrice dell’angolo ottuso formato tra i due piani corrisponde alla direzione di minimo sforzo (Sigma 3). Supponendo l’ellissoide della deformazione coassiale con quello dello sforzo ricavato dal modello di Anderson, è possibile ricavare informazioni relative all’assetto degli assi principali dell’ellissoide della deformazione: S1 direzione principale di accorciamento; S2 direzione principale della deformazione intermedia; S3 direzione principale di allungamento. 

Analizzando le famiglie di mesofaglie con il metodo del diedro acuto si ricavano le seguenti informazioni riguardanti l’ellissoide della deformazione:


Figura 6: Stereogramma inerente all’analisi
strutturale con il metodo di Anderson (1951)
modificato delle mesofaglie appartenenti alla
famiglia 1.Legenda: S1 = direzione principale di
accorciamento; S2 = direzione principale della
deformazioneintermedia; S3 = direzione principale di
allungamento;Proiezione Equiareale, Emisfero Inferiore.

Famiglia 1
L’analisi delle mesofaglie di f1 mostra la bisettrice del diedro acuto in direzione N-S, mentre la bisettrice dell’angolo ottuso in direzione W-E.
L’assetto dell’ellissoide della deformazione mostra una direzione principale di massimo accorciamento N-S e una direzione di principale di massimo allungamento W-E (fig. 6).

Famiglia 2
Il set 1 mostra la bisettrice del diedro acuto con una direzione NE-SW, mentre la bisettrice dell’angolo ottuso è verticale. L’assetto dell’ellissoide della deformazione mostra una direzione principale di massimo accorciamento NE-SW e una direzione principale di massimo allungamento in direzione verticale (fig. 7).
Il set 2 invece mostra la bisettrice del diedro acuto con una direzione NW-SE, mentre la bisettrice dell’angolo ottuso è verticale. L’assetto dell’ellissoide della deformazione mostra una direzione principale di massimo accorciamento NW-SE e una direzione principale di massimo allungamento in direzione verticale (fig. 8).


Figura 7: Stereogramma inerente all’analisi
strutturale con il metodo di Anderson (1951)
modificato delle mesofaglie appartenenti alla
famiglia 2 set 1. Legenda: S1 = direzione principale
di accorciamento; S2 = direzione principale della
deformazione intermedia; S3 = direzione principale
di allungamento; Proiezione Equiareale, Emisfero
Inferiore.

Figura 8: Stereogramma inerente all’analisi
strutturale con il metodo di Anderson (1951)
modificato delle mesofaglie appartenenti alla
famiglia 2 set 2. Legenda: S1 = direzione principale
di accorciamento; S2 = direzione principale della
deformazione intermedia; S3 = direzione principale
di allungamento; Proiezione Equiareale, Emisfero
Inferiore.

Famiglia 3
La bisettrice del diedro acuto mostra una direzione verticale, mentre la bisettrice dell’angolo ottuso mostra una direzione variabile ma comunque orizzontale con maggiore concentrazione in senso NE-SW. Pertanto l’ellissoide della deformazione mostra una direzione principale di massimo accorciamento in senso verticale e una direzione principale di massimo allungamento orizzontale con una concentrazione maggiore in senso NE-SW (fig. 9).



Figura 9: Stereogramma inerente all’analisi
strutturale con il metodo di Anderson (1951)
modificato delle mesofaglie appartenenti alla
famiglia 3. Legenda: S1 = direzione principale
di accorciamento; S2 = direzione principale della
deformazione intermedia; S3 = direzione principale
di allungamento; Proiezione Equiareale, Emisfero
Inferiore.
Dall’analisi dell’ellissoide della deformazione ricavato attraverso il metodo del diedro acuto, si nota come l’area è stata soggetta a diversi eventi deformativi, rappresentati dalle diverse famiglie di mesofaglie e dai loro sets.

Dai rapporti di intersezione tra le mesofaglie si è ricavata la cronologia degli eventi deformativi, dove f1 è il primo evento deformativo seguito da f2, rispettivamente il set 1 e il set 2 e l’ultimo evento deformativo rappresentato dalla famiglia 3.

L’assetto delle Marne di Monte Piano e della discontinuità angolare tra Successione Epiligure e Liguri sottostanti, evidenzia un trasporto tettonico e un basculamento della successione Epiligure in direzione NW.

Conclusioni
Dallo studio geologico – strutturale alla scala mesocopica si ricavano informazioni sulla storia deformativi dell’area. Infatti l’area l’ungo il Fiume Secchia dove affiorano le unità della Successione Epiligure, sono state deformate da diversi eventi deformativi che hanno generato strutture tettoniche differenti.

Un primo evento di tipo compressivo, con un massimo raccorciamento dell’area in direzione N-S e la formazione di mesofaglie f1.
Un secondo evento, anch’esso compressivo, con un massimo raccorciamento dell’area in direzione NE-SW e la formazione di mesofaglie del set1 della famiglia 2. Un altro evento compressivo con massimo raccorciamento dell’area in direzione NW-SE e la formazione di mesofaglie del set 2 della famiglia 2.
L’ultimo evento, distensivo, con una direzione di massimo allungamento NE-SW e la formazione di mesofaglie f3.

Tali eventi si potrebbero mettere in relazione ad un unico evento deformativo con direzione di massima compressione N-S.
Considerando le strutture macroscopiche in corrispondenza dell’alveo del Fiume Secchia, si possono descrivere (fig. 1):

  • il Fascio di dislocazione del M. Scisso (Gasperi e al., 2005), rappresentato da faglie subverticali ad andamento antiappenninico, con un rigetto verticale in corrispondenza del versante destro della Val Secchia strutturalmente più elevato rispetto al blocco orientale;
  •  la Linea Canossa – S. Romano (Papani, 1971; Papani et al., 2002a; 2002 b; Gasperi e al., 2005), rappresentata da mesofaglie con una cinematica compressiva che in corrispondenza del Fiume Secchia, porta alla sovrapposizione delle unità del blocco orientale sulle unità del blocco occidentale;

Considerando una deformazione progressiva per taglio semplice sinistro in corrispondenza del fascio del M. Scisso, si può ipotizzare che le faglie f1 (fig. 2) e il set 1 della famiglia 2 (fig. 3) si siano formate insieme. Per deformazione progressiva, l’ellissoide della deformazione subisce una rotazione esterna in senso antiorario e anche le strutture ruotano fino alla configurazione geometrica rappresentata dal set 2 (f2) (fig. 4). Durante questa fase tettonica le faglie del set 2 (f2) rappresenterebbero alla scala mesoscopica le strutture compressive della Linea Canossa – S. Romano, che determinano l’innalzamento del blocco orientale e il relativo abbassamento del blocco occidentale. Durante questo regime tettonico, l’area sarebbe quindi soggetta ad una fase traspressiva sinistra con direzione di massimo raccorciamento circa N-S, e le mesofaglie del set 2 (f2) rappresentano delle rampe laterali della zona di taglio sinistro del M. Scisso.
Successivamente l’area è soggetta ad una distensione massima in direzione NE-SW (famiglia 3) dove il fascio di deformazione del M. Scisso è rappresentato da sistemi di tear faults, che accomodano la deformazione differente nei due blocchi (Bettelli e al.,  2002).

Bibliografia
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2 commenti:

  1. Vorrei approfondire lo studio idrogeologico e geotermico della zona compresa tra Montebabbio, La Braglia e Monte Evangelo, nel Comune di Castellarano. Mi saprebbe indicare studi o enti che potrebbero fornirmi informazioni su quell'area?

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  2. Posso indirizzarla verso l'Università di Modena e Reggio Emilia con sede a Modena in via Campi (http://www.unimore.it/ateneo/dcg.html). Può contattarli e sentire dal dott. Francesco Ronchetti, sicuramente più esperto di me nell'idrogeologia e sicuramente saprà indirizzarla meglio.

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