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Miocene extension in the inner Northern Apennines: The Tuscan Nappe megaboudins in the Mt. Amiata geothermal area and their influence on Neogene sedimentation

Journal article published in 2004 by Andrea Brogi ORCID
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Abstract

The continental crust in the Mt. Amiata geothermal area was involved, in the Early-Middle Miocene, in widespread megaboudi-nage which affected all the cover tectonic units of the Northern Apennines and, in particular, the Tuscan Nappe. Field work, deep boreholes and interpretation of seismic reflection profiles has allowed us to recognise three Tuscan Nappe megaboudins occurring in the subsurface of the geothermal area. The westernmost and cen-tral megaboudins partially crop out in the Castiglioncello Bandini-Mt. Labbro and in the Poggio Zoccolino-Campiglia d'Orcia areas, respectively. The megaboudins show elliptical shape and were pro-duced by east-dipping normal faults showing flat-ramp-flat geome-try. The megaboudins are delimited by two flats which are located at the base of, or within, the Ligurian l.s. Units (the uppermost flat) and within the Triassic evaporites of the Tuscan Nappe (the lower-most flat). Secondary flats also occur within, or at the base of the terrigenous succession («Scaglia Toscana» and «Macigno» Fms.). These flats are connected to ramps located in the Mesozoic carbon-ates and in the Tertiary terrigenous Fms of the Tuscan Nappe. On the whole, these megaboudins can be considered as elements of an extensional duplex system. An asymmetrical profile typifies the megaboudins which show a steeply-dipping western margin, coin-ciding with the rotated westernmost hangingwall and uppermost flat, and a gently-dipping eastern margin, coinciding with the east-ernmost ramp. The «Scaglia Toscana» and «Macigno» Fms. occur in the westernmost side of each megaboudin, showing west-dipping or sub-vertical bedding. In the eastern side, the Triassic-Early Miocene succession of the Tuscan Nappe can be observed showing sub-hori-zontal bedding. The areas interposed between the Tuscan Nappe megaboudins are typified by the direct superimposition of the Ligurian l.s. Units on the Triassic evaporites representing the basal formation of the Tuscan Nappe. This geometrical setting is known as «serie ridotta» (reduced sequence). Late Miocene deposits infill-ing the Cinigiano-Baccinello, the Valdorcia and the Radicofani Basins occur where such a reduced sequence has been identified. This suggests that the space accommodation for the Late Miocene continental deposits was mainly related to the Tuscan Nappe megaboudinage. In fact, it can be envisaged that megaboudin devel-opment caused morpho-tectonic depressions offering suitable condi-tions for Late Miocene continental sedimentation and, subsequently, for the development of Pliocene extensional structures. KEY WORDS: Neogene extensional tectonics, Megaboudinage, Tuscan Nappe, Northern Apennines, Mt. Amiata geother-mal area. RIASSUNTO Distensione miocenica nella parte interna dell'Appennino Settentrionale: i megaboudin di Falda Toscana nell'area geoter-mica del Monte Amiata e loro relazioni con la sedimentazione miocenica. L'attività di ricerca svolta nell'ambito del Progetto Cro.P.18 (MORELLI, 2000; LAZZAROTTO & LIOTTA, 1994) ha permesso di rea-lizzare nuove ricerche nell'area geotermica del Monte Amiata. Gli studi condotti si sono basati sull'integrazione di dati geologici di su-perficie, di pozzo e di sismica a riflessione. Tali studi hanno permes-so di ricostruire la geometria delle unità tettoniche presenti in que-sto settore di Appennino Settentrionale e quella delle principali strutture collegate con l'attività tettonica distensiva miocenica. L'area del Monte Amiata è caratterizzata dalla presenza di estesi af-fioramenti di Unità Liguri l.s., da alcuni nuclei isolati di Falda To-scana e dalle rocce effusive che costituiscono l'edificio vulcanico del Monte Amiata (CALAMAI et alii, 1970; FERRARI et alii, 1996). Nei margini orientale ed occidentale inoltre compaiono, rispettivamente nei Bacini di Radicofani, Cinigiano-Baccinello e della Valdorcia, i depositi neogenici del Complesso Neoauctono toscano (BOSSIO et alii, 1993). Le Unità Liguri l.s. sono costituite da tre principali unità appilatesi durante la fase sin-collisionale dell'Appennino Settentrio-nale; esse sono, a partire dall'alto: 1) l'Unità ofiolitifera, compren-dente isolati affioramenti di ofioliti e le sovrastanti sequenze sedi-mentarie prevalentemente rappresentate dai Calcari a Calpionelle e dalle Argille a Palombini (Cretaceo inferiore); 2) l'Unità di S. Fiora, caratterizzata da una spessa successione di arenarie Pietraforte con a letto ed a tetto la sequenza flyshoide della Formazione di S. Fiora (Cretaceo superiore), sormontata dalla successione marnosa di Mon-te Morello (Paleocene-Eocene); 3) l'Unità delle Argille e calcari (Unità di Canetolo o Unità Subligure) caratterizzata da una succes-sione flyschoide calcarenitico-argillitica (Paleocene-Oligocene). La Falda Toscana è caratterizzata principalmente dalla successione triassico-miocenica inferiore (Calcari a Rhaetavicula Contorta-Maci-gno), mentre la successione basale (evaporiti triassiche e/o Calcare Cavernoso) affiora soltanto nel nucleo di Poggio Zoccolino e di Ba-gni S. Filippo (LOSACCO, 1960). Le sottostanti unità metamorfiche (Basamento Metamorfico Toscano) sono state soltanto incontrate in sondaggio dalle numerose perforazioni profonde realizzate a scopo minerario (ELTER & PANDELI, 1991 cum bibl.). I dati geologici di su-perficie e di sottosuolo hanno permesso di riconoscere tre corpi geo-logici discontinui lateralmente, costituiti dalla successione stratigra-fica triassico-miocenica inferiore della Falda Toscana o da parte di essa. Tali corpi sono delimitati da zone in corrispondenza delle quali le Unità Liguri l.s. poggiano direttamente sulla successione evapori-tica basale della Falda Toscana. Tali corpi hanno dimensioni diverse, ma in pianta, mostrano una forma ellittica mediamente allungata in direzione NNE-SSW. I margini del corpo più occidentale, presente nell'area di Bagnore ed in parte affiorante lungo la dorsale di Casti-glioncello Bandini-Monte Labbro, sono stati ben determinati me-diante numerosi sondaggi e profili sismici, nonché da un rilevamen-to geologico-strutturale di dettaglio. Quello centrale compare in affioramento, nel suo tratto più settentrionale, nell'area di Campiglia d'Orcia e di Poggio Zoccolino e si estende, verso SSW, fino al di sot-to dell'edificio vulcanico del Monte Amiata. Il corpo più orientale ha dimensioni ridotte rispetto agli altri ed è stato delimitato con preci-sione soltanto nella sua parte meridionale, in quanto in quella set-tentrionale non esistono né dati di sondaggio né profili sismici che permettano di ricostruire in dettaglio la sua geometria. Sulla base di questi dati e su quelli disponibili in letteratura, relativamente alle aree limitrofe a quella del Monte Amiata, sono stati riconosciuti ulte-riori megaboudin di Falda Toscana. La ricostruzione geometrica di questi ultimi è stata effettuata tentativamente prendendo in conside-razione un'area più ampia rispetto a quella geotermica del Monte Amiata. Tale ricostruzione presenta alcune incertezze per il fatto che mancano dati di pozzo e profili sismici seriati distribuiti in tutta l'area. Pur tuttavia i dati geologici di superficie presenti in letteratu-ra (CALAMAI et alii, 1970; BOSSIO et alii, 1994; LIOTTA, 1994; BENVE-NUTI et alii, 2001) e derivati da questo studio, unitamente ai dati de-rivanti dal Cro.P.03 (DECANDIA et alii, 1998), permettono di ritenere Boll. Soc. Geol. It., 123 (2004), 513-529, 10 ff. che anche nelle aree circostanti a quella del Monte Amiata siano pre-senti dei corpi geologici di forma lenticolare e dimensioni variabili, allungati mediamente in direzione NNE-SSW e costituiti dalla suc-cessione triassico-miocenica inferiore della Falda Toscana. Tali cor-pi sono collegati al megaboudinage della crosta superiore verificatasi a seguito dello sviluppo della tettonica distensiva del Miocene infe-riore-medio (CARMIGNANI et alii, 1994; LIOTTA et alii, 1998). Essi in-fatti si sono sviluppati mediante l'attività di faglie dirette a basso an-golo con geometria del tipo flat-ramp-flat con rampe immergenti verso est. Le superfici di faglia sub-orizzontali (flat) si collocano en-tro le Unità Liguri l.s. ed entro le evaporiti triassiche, che costitui-scono rispettivamente il livello superiore e quello basale di scolla-mento; le superfici di faglia più inclinate (ramp), invece, si collocano in corrispondenza della serie carbonatica della Falda Toscana. Nel suo insieme, dunque, la struttura a megaboudins può essere definita come extensional duplex, la cui forma originaria, in alcuni casi, si sa-rebbe modificata successivamente allo sviluppo di megaboudins. Essi mostrano un profilo asimmetrico, con il lato occidentale gene-ralmente più ripido, in corrispondenza del quale compaiono il Maci-gno e/o la Scaglia Toscana, mentre in corrispondenza del margine orientale sono presenti tutte le sottostanti formazioni della Falda To-scana, fino alle evaporiti triassiche. Questo assetto geometrico è col-legato al fatto che i megaboudins sono lateralmente delimitati da due faglie dirette immergenti verso est: il margine occidentale costituisce il blocco di tetto della faglia che lo delimita ad ovest, mentre il mar-gine orientale costituisce il blocco di muro della faglia che lo delimi-ta ad est. Le caratteristiche geometriche dei megaboudins permetto-no di costatare che nell'area amiatina essi si sono sviluppati come risposta ad una attività tettonica distensiva orientata mediamente in direzione WNW-ESE, diversa quindi da quella che ha controllato lo sviluppo dei bacini a partire dal Pliocene. La geometria dei mega-boudins, la loro ubicazione ed orientazione, inoltre, permettono di osservare che esiste una buona corrispondenza tra le aree dove sono presenti i depositi continentali del Miocene superiore e le depressio-ni morfotettoniche che si sono generate a seguito dello sviluppo dei megaboudins di Falda Toscana. Tali zone costituiscono le aree più intensamente delaminate e dove, in generale, le Unità Liguri l.s. pog-giano direttamente sulle evaporiti triassiche della Falda Toscana. Le aree ove affiorano i depositi miocenici (Bacino di Cinigiano-Bacci-nello, Bacino della Velona, Bacino della bassa Val d'Orcia), oppure dove quest'ultimi sono stati incontrati in sondaggio (Bacino di Radi-cofani), sono infatti comprese tra alcuni megaboudins di Falda To-scana, sormontati dalle Unità Liguri l.s., che, con buona probabilità, hanno costituito i margini dei bacini durante il Miocene; queste os-servazioni permettono di ipotizzare che la geometria dei bacini tar-do miocenici presenti in questo settore di Toscana meridionale sia stata, almeno in parte, ereditata da quella delle depressioni morfo-strutturali generatesi a seguito dello sviluppo della «Serie ridotta». I bacini pliocenici si sarebbero anch'essi impostati in corrispondenza delle depressioni morfotettoniche precedentemente sviluppatesi. In-fatti, faglie dirette ad «alto angolo» (Pliocene-Quaternario) si sareb-bero attivate principalmente in quei settori a crosta assottigliata (cioè in quelle aree a «serie ridotta») comprese tra i megaboudin di Falda Toscana. TERMINI CHIAVE: Tettonica distensiva neogenica, Mega-boudinage, Falda Toscana, Appennino Settentrionale, Area geotermica del Monte Amiata.