RIASSUNTO

Numerosi sono i modelli evolutivi proposti per il Giurassico del bacino UMBRO-MARCHIGIANO, alcuni anche in contraddizione tra loro. Inoltre i numerosi dati oggi disponibili, riguardanti sia le caratteristiche litostratigrafiche sia quelle biostratigrafiche, risultano ormai di difficile lettura, anche per le diverse interpretazioni possibili. Per schematizzare le informazioni esistenti, dalle quali partire per costruire un modello evolutivo congruente, è stato costruito un database georeferenziato, di facile consultazione e con un'altrettanto proficua possibilità di elaborazione ed interpretazione. L'uso del G.I.S. e la costruzione di sezioni geologiche bilanciate seriate hanno permesso, partendo dall'attuale assetto tettonico dell'area, di riposizionare le diverse sezioni stratigrafiche nella loro localizzazione giurassica e quindi di analizzare i rapporti tra le zone di alto strutturale e le contigue zone bacinali. Le informazioni estratte, inserite e confrontate con il contesto tettonico, con la cronologia dei principali cambiamenti faunistici, con la curva delle variazioni eustatiche hanno consentito di definire l'evoluzione tettonico- sedimentaria del bacino.


INTRODUZIONE

Sul Giurassico dell'Umbria-Marche si sta lavorando da più di un secolo con risultati abbastanza controversi. Nell'analisi degli affioramenti giurassici umbro-marchigiani, infatti, si hanno interpretazioni diverse sulla profondità (sempre sopra o sotto la CCD), sul rapporto quantitativo tra le zone meno profonde e quelle più profonde (maggiormente sviluppate le prime o le seconde e comunque sempre con rapporti variabili), sulla natura delle zone meno profonde (alti strutturali, seamounts o piattaforme carbonatiche pelagiche), sulle possibili cause dell'annegamento delle piattaforme carbonatiche (glacioeustatismo, subsidenza tettonica conseguente al rifting della Tetide occidentale o tettonica salina) e sulle possibili cause degli hiata sugli alti (non deposizionali a causa di correnti sottomarine associate ad una lenta sedimentazione, oppure erosive in conseguenza di periodiche emersioni).


METODI E RISULTATI

Per cercare di schematizzare i diversi punti di vista e approcci e poi costruire un modello evolutivo attendibile del bacino, si è pensato di introdurre i dati esistenti in letteratura in un archivio elettronico, in modo tale da facilitarne la consultazione e l'elaborazione. Il programma utilizzato ha permesso di strutturare un database relazionale, in cui i dati sono raggruppati in tabelle in relazione tra loro. Ciò dà la possibilità di aggirare il problema della difficoltà di gestione di una sola tabella che contenga tutti i dati. Stabilite le informazioni essenziali alla costruzione di un database sul Giurassico dell'Umbria e delle Marche (informazioni sulle località studiate, sulla bibliografia, sulla litologia con tutte le caratteristiche sedimentologiche, paleontologiche e geochimiche, sull'ambiente ipotizzato e sull'età), in modo da rendere possibile distinguere le varie sezioni giurassiche delle varie località con tutte le loro caratteristiche e le varie interpretazioni, sono state definite le tabelle Analisi comparata, Ipotesi ambientali e tettoniche, Modelli possibili, Formazione od unità non formalizzata, Località e Bibliografia. Per arrivare a ciò sono stati definiti per ogni campo il tipo di dati e le sue proprietà, poi gli indici e le chiavi per ogni tabella e quindi sono state stabilite le relazioni tra le tabelle(Fig. 1).

(Fig. 1)

Nel continuare la costruzione del database si è quindi passati alle query, che, estraendo campi da tabelle diverse, hanno permesso di costruire tabelle provvisorie su cui lavorare più facilmente e che consentissero di mettere in evidenza dati che soddisfacessero determinate condizioni invece di altre. Ad esempio, è stata costruita una query (Batimetria per età) che estrae, per una data età, la batimetria ipotizzata per ogni formazione e questo per ogni località inserita nel database. Le altre query che è stato deciso di fare sono: Fossili e biostratigrafia per età, Ipotesi ambientali per età, Litologia per età, Tettonica sinsedimentaria per età, Torbiditi,depositi gravitativi e detritici per età, Bibliografia per località in Analisi Comparata, Bibliografia per località in Ipotesi ambientali, Formazione che dà le caratteristiche di una data formazione in ogni località, Paleoambiente e tettonica giurassica riguardante ogni località, Spessori/età che dà gli spessori e le età di ogni formazione nelle diverse località, Unità giurassiche studiate (spessore totale) che dà lo spessore giurassico totale di ogni sezione considerata e Modelli possibili in cui sono stati inseriti tutti i modelli esistenti in letteratura per il Giurassico dell'Umbria-Marche. Dopo aver strutturato il database per tutto il bacino, utilizzando i dati paleoambientali inseriti in esso si è tentato di schematizzare, tramite la stratigrafia ad eventi (branca della stratigrafia che si basa sul riconoscimento di eventi eustatici, tettonici o biologici generali), una possibile evoluzione stratigrafico-ambientale del bacino in toto. Tali eventi hanno consentito l'individuazione di 16 unità deposizionali, in cui si sono suddivisi i tre principali tipi di successioni (estese, intermedie e ridotte)(Fig.2).

(Fig. 2)

Partendo da queste unità deposizionali si può costruire uno schema litostratigrafico teorico considerando gli spessori medi delle unità nelle aree di alto strutturale e in quelle di basso e raccordandole senza considerare la tettonica. Questo schema permette di ricavare i rapporti geometrici tra le varie unità (eteropie di facies, onlap, overlap, paraconcordanze) e di definire cinque tipi di successioni (tre ridotte, una intermedia ed una estesa). A questo punto è stato possibile passare ad uno schema cronostratigrafico considerando la scala cronostratigrafica standard di Haq et al. 1987 e riportando le varie unità deposizionali con i loro rapporti geometrici. Tale schema permette di definire l'eventuale presenza di hiata nelle varie successioni(Fig. 3).

(Fig. 3)

Affiancando poi a tale schema i dati sedimentologici estratti dal database, i principali eventi tettonici (Menichetti, 1991), i principali cambiamenti faunistici (Nocchi, Nini e Parisi, in press) e la curva delle variazioni eustatiche ad alta frequenza (Hallam, 1988), è stato possibile definire per le due aree campione di M. Nerone e M. Cucco (aree più ricche di dati di letteratura e di varietà di situazioni paleoambientali) l'evoluzione per vari momenti salienti del Lias.

Hettangiano
Uniformità di ambiente di piattaforma carbonatica di acqua bassa (da subtidale a intersopratidale) con velocità di sedimentazione del Calcare Massiccio che bilancia la subsidenza.

Sinemuriano inf.
Si ha la prima differenziazione tra zone di alto, in cui continua la sedimentazione del Calcare Massiccio e zone di basso, in cui la velocità di sedimentazione non riesce più a bilanciare la subsidenza, aumentata probabilmente per l'azione di faglie distensive connesse all'apertura della Tetide occidentale. Nelle parti ribassate si sedimenta la Corniola, costituita per lo più da fanghi provenienti dalla piattaforma e in piccola parte da depositi pelagici autoctoni. Il bacino della Corniola mostra una notevole variabilità con zone più subsidenti (quelle prossimali gli alti), in cui gli spessori dell'unità si aggirano su qualche centinaio di metri e zone meno subsidenti, in cui gli spessori sono molto ridotti. Nelle zone prossimali la Corniola contiene intercalazioni di materiali calcareo-detritici ed orizzonti con slumps, che testimoniano una generale instabilità del fondo marino e il carattere sintettonico della sedimentazione. I dati paleoecologici e sedimentologici indicano che la profondità di sedimentazione della Corniola non arriva mai ai 150 m. Ciò non si accorda con la curva delle variazioni eustatiche. Perciò la trasgressione che si ha è dovuta all'aumento di subsidenza.

Carixiano inf.-medio
Dopo lo scatto dovuto alla tettonica, la subsidenza generale del bacino continua uniforme. In un primo tempo essa è compensata dalla sedimentazione e si ha una tendenza alla diminuzione del livello marino ed alla riomogeneizzazione ambientale con deposizione di Corniola nei bassi e di Corniola di transizione negli alti divenuti piattaforme pelagiche (sensu Santantonio, 1987). Tale abbassamento del livello del mare è ipotizzato in base a dati paleoecologici (presenza di spongoliti, ecologia dei foraminiferi bentonici) indicanti un ambiente di shelf interno e a dati riguardanti gli isotopi stabili d13C e d18O (Morettini et al., comunicazione personale) che mostrano importanti variazioni.

Domeriano
La subsidenza non è più compensata dalla sedimentazione e il bacino ha un leggero continuo approfondimento. Si rimane comunque in ambiente di shelf interno (<150 m). Si ha deposizione di Corniola anche nelle aree di alto, mentre le aree di basso sono di nuovo differenziate in zone più o meno subsidenti con fenomeni gravitativi nella parte prossimale gli alti.

Toarciano inf.
Si ha un evento trasgressivo che ha come conseguenza l'improvvisa introduzione di argilla nel bacino e la deposizione di una formazione marnosa (Marne del M. Serrone). Tal evento è perfettamente correlabile all'importante sollevamento eustatico del terzo ordine visibile nella curva di Hallam. Le Marne del M. Serrone contengono al loro interno un livello a black shales, che è stato interpretato da molti autori come il marker litologico della massima ingressione marina relativa al sollevamento suddetto. La distribuzione generale del livello anossico, che è presente anche nelle aree di alto, indica un fondo marino molto articolato con zone più o meno ribassate e subsidenti (si ha sempre la principale differenziazione in alti e bassi). In base a dati paleoecologici e sedimentologici si vede che la massima profondità a cui si arriva è di 200 m (upper bathial). Ciò perché la velocità di sedimentazione è notevole e tende a compensare l'innalzamento marino in base al quale la profondità dovrebbe essere ben maggiore.

Toarciano medio-sup.
Dopo la tendenza all'approfondimento che si ha nel Domeriano - Toarciano inf. si ha una tendenza alla diminuzione della profondità, collegabile probabilmente con la generale caduta del livello marino evidenziata dalla curva di Hallam. Tale shallowing trend è mostrato da evidenze derivanti dall'ecologia dei foraminiferi bentonici e dalla presenza di hummocky cross stratification, che indicano un ambiente di shelf medio-esterno (150-200 m). La velocità di sedimentazione è molto bassa, ma sempre maggiore della lentissima subsidenza. Perciò si ha la tendenza alla riomogeneizzazione, con la facies del Bugarone inferiore (facies marnoso calcarea condensata e nodulare), che si depone nelle aree di transizione molto simile a quella del Rosso Ammonitico, che si depone nelle aree di basso. Nelle aree di alto si ha invece una lacuna probabilmente non deposizionale.

Dopo questa trattazione qualitativa dei dati inseriti nel database, si è tentato un approccio maggiormente quantitativo che tenesse conto anche della tettonica e che permettesse di definire un modello tettonico-stratigrafico del bacino esaminato. Per far ciò si è pensato di seguire il metodo di lavoro di Van Dijk (1993) della restaurazione quantitativa tridimensionale (Fig. 4)

(Fig. 4)

in base al quale combinando le informazioni geostoriche (riguardanti stratigrafia, sedimentologia e paleontologia), quelle geometriche (riguardanti la divisione dell'area di interesse in settori limitati da elementi tettonici) e quelle cinematiche (riguardanti le componenti orizzontali del movimento) in un database relazionale diventa possibile costruire un modello tridimensionale di un bacino sedimentario.

Il metodo di Analisi geostorica consiste di tre passi:

1. Plotting dell'età contro la profondità di deposizione per ogni punto dati della sequenza stratigrafica. I dati di età sono ottenuti dalla biostratigrafia, magnetostratigrafia e datazione radiometrica (nel nostro caso abbiamo considerato solo la prima, essendo con una risoluzione molto fine nel Giurassico dell'Umbria-Marche). La paleobatimetria è ottenuta con analisi micropaleontologiche e paleoecologiche di foraminiferi e analisi delle facies sedimentologiche.

2. Restaurazione delle unità litologiche al loro spessore originario. La profondità di seppellimento di ogni strato può essere così graficata contro l'età, sottraendo dalla paleobatimetria lo spessore decompattato.

3. Allo scopo di comparare le relazioni età-profondità alle curve modello di subsidenza e sollevamento termotettonici, possono essere applicate correzioni per effetto del carico delle rocce sedimentarie sulla crosta. Le correzioni più usate sono basate sull'isostasia tipo Airy e su risposte visco-elastiche (dipendenti dal tempo) e elastiche.

Il Quadro geometrico per le analisi è ottenuto come segue. L'area di interesse è divisa in un certo numero di settori, ognuno rappresentato da un'unica sequenza conosciuta da analisi di campagna o pozzi. I limiti di settore sono definiti da elementi tettonici (thrusts/faglie inverse e faglie dirette) conosciuti da mappatura di campagna e sezioni sismiche. Il Quadro cinematico è costruito per mezzo di restaurazioni palinspastiche, sezioni bilanciate locali, informazioni paleomagnetiche ed indicatori cinematici. Da questi dati si può giungere, per ogni intervallo stratigrafico, a due diversi risultati:

a) Alla costruzione, per tempi selezionati, di istantanee che mostrino una superficie tridimensionale (griglia spaziale) che rappresenti la topografia ad un certo tempo. Può essere mostrata in qualsiasi momento temporale anche di uno strato sepolto caratterizzato da una certa età o litologia;

b) Alla determinazione, per transetti selezionati, della geostoria dinamica. Cioè dello sviluppo nel tempo di una specifica sezione o transetto attraverso l'area in esame.

Passare da un modello stratigrafico ad uno tettonico-stratigrafico comporta dei problemi: una volta superati quelli geologici riguardanti la compattazione dei sedimenti e l'inflessione litosferica, occorre superare le difficoltà che si hanno nel definire quali faglie giurassiche abbiano agito (informazioni geometriche) e come lo abbiano fatto (informazioni cinematiche) ed occorre raccogliere un maggior numero di dati anche se rimarrà sempre il problema della scarsità degli affioramenti giurassici. Per procedere con il metodo suddetto, si è implementato il database costruito in un G.I.S. in modo da riferire tutte le informazioni ad uno spazio geografico, organizzarle topologicamente ed analizzarle spazialmente. Mediante tale analisi, partendo dalle informazioni esistenti nel nostro database geologico, è stato possibile creare nuovi livelli informativi, associando i dati in modo da identificare relazioni prima non chiaramente visibili. Come primo passo si sono acquisiti i dati geografici (carta geologica di Umbria e Marche al 250000) in formato raster per mezzo di uno scanner. Nel software utilizzato, le immagini raster sono usate solo come strati visibili. Esse non possono avere dati attaccati come le immagini vettoriali. Per questo occorre creare altri strati per collegare ad essi tali dati. L'immagine raster è quindi lo strato base su cui si impilano gli altri strati nell'operazione di overlay. La prima volta che si apre un'immagine raster, essa può essere registrata o meno. Non la si registra quando non è necessario un accurato controllo delle coordinate, come nel caso di immagini che non siano carte. Nel caso di carte occorre invece registrare l'immagine posizionando almeno tre punti ed attribuendo delle coordinate ad essi (georeferenziazione). Prima di poter vedere i dati delle singole tabelle sulla carta, si sono dovute assegnare coordinate geografiche ad ogni record in modo che il programma sapesse dove piazzare il record su di essa (geocoding). L'overlay ha consentito di sovrapporre e intersecare gli strati informativi (litologia, contenuto fossilifero, analisi geochimiche, batimetrie ipotizzate, etc.) unendo così le informazioni associate a ciascuno di essi, per produrre un nuovo strato di sintesi
(Fig. 5).

(Fig. 5)

Se si dispone di un insieme di punti quotati ordinati in griglie a passo regolare è possibile generare un DTM o un DEM. A partire da questi è possibile poi interpolare curve di livello e generare viste 3D. Nel nostro caso si è costruito un modello tridimensionale dello spessore delle diverse formazioni giurassiche nel settore settentrionale dell'Appennino umbro - marchigiano (come già detto, area più ricca di dati e di tipologie ambientali). I dati in input (spessori derivanti dalle sezioni stratigrafiche e dai pozzi) sono stati ricavati dal database costruito e successivamente sono stati restaurati nella loro posizione originale mediante costruzione di sezioni geologiche bilanciate che tenessero conto del raccorciamento tettonico originato dalla fase compressiva neogenica. Il metodo di countoring utilizzato è stato quello della distanza inversa su una griglia rettangolare. Gli spessori sono riportati in negativo, in modo da evidenziare le aree a minore subsidenza e velocità di sedimentazione (gli alti).

CONCLUSIONI

L'utilizzo dello strumento G.I.S. ha permesso di definire l'evoluzione tettonico-stratigrafica del bacino umbro-marchigiano giurassico. Questa sembra essere stata guidata da un regime transtensivo orientato circa E-W, che, realizzando a scala diversa strutture negative (bacini) a fianco di strutture positive (alti strutturali), ha condizionato la distribuzione delle varie facies e la velocità di sedimentazione e di subsidenza nell'intera area umbro-marchigiana. Il modello tettonico-stratigrafico che ne deriva è costituito da blocchi monoclinalici a losanga con una superficie media di circa 10 km2, bordati da faglie dirette listriche con rigetti dell'ordine di qualche centinaio di metri e con al tetto prismi sedimentari che riflettono nel proprio interno la mobilità tettonica dell'area. Una struttura relazionale del database accuratamente progettata permette di effettuare diverse analisi sui dati senza essere costretti in percorsi obbligati. Perciò la presentazione grafica della sintesi finale rappresenta solo alcuni degli elementi utilizzati per la compilazione: la parte di questi che risiede nel database sarà tuttavia sempre consultabile, permettendo di riprodurre in qualunque momento i modelli parziali via via costruiti, rendendo quindi accessibili anche informazioni che non compaiono esplicitamente nella sintesi finale e permettendo anche di realizzarne una diversa.


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PUBBLICAZIONE: presentata al VI Workshop del GIAST a S.Sepolcro nel settembre 1999.
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