Sistemi deposizionali e stratigrafia sequenziale

Stratigrafia sequenziale

Trasporto in massa: rappresenta il modo in cui le particelle di terreno vengono prese in carico in condizioni subaeree o subacquee e trasportate fino al bacino di deposizione, luogo in cui inizierà il processo di sedimentazione.

Le condizioni subaeree solitamente si definiscono grazie alla presenza di faglie, mentre quelle subaeree che vengono innescate anche con scarpate a minima pendenza (0.1°-1°) e mostrano durante la deposizione strutture gradate che sono direttamente connesse alla genesi delle rocce sedimentarie. In questi casi infatti parliamo di una condizione non drenata dove l’acqua permette ai sedimenti di diminuire la resistenza al taglio permettendo al sedimento di rimanere in sospensione ed innescando le condizioni favorevoli alla fluibilità del sedimento e la possibilità di trasporto per distanze importanti. Nel momento in cui la pendenza diminuisce inizia il processo di deposizione, durante il quale l’acqua interstiziale tende a risalire verso l’alto venendo espulsa.

In condizione subaerea le condizioni sono drenate.

Il flusso può essere considerato come:

• Gravitativo: quando la gravità è la causa e componente fisica principale del movimento.
• Non gravitativo: causato da tempeste e fenomeni di piena.

Naturalmente altri fattori come la topografia influenza il flusso, in bacini estremamente confinati infatti sono presenti strati ibridi.

Il movimento avviene:

• Blocco unico (start).
• Smembramento (durante il processo di trasporto).

Il trasporto in massa può dare origine dopo la sedimentazione a depositi di:

• Creep --> il creep è un processo che porta alla deformazione elastica a lungo termine che risulta difficile da riconoscere su depositi fossili, infatti, è caratterizzato da un basso grado di deformazione a carico costante.
• Debris rocks --> sono geometrie locali che si riconoscono alla base di una ripida scarpata, le dimensioni dei clasti dipendono dal percorso che hanno subito.
• Debris flow --> trasporto detritico in condizione di flusso laminare e granulometria >> in una matrice fangosa. questi possono essere:

1. Coesivi (mud flows): la matrice fangosa unisce i clasti -> struttura fango-sostenuta del sedimento.
2. Non coesivi: la matrice è sabbiosa -> struttura grano-sostenuta del sedimento.

• Slides -- > coinvolgimento di masse di sedimento che risultano poco deformate. Queste possono essere rotazionali o traslativi.
• Avalanches -- > sono originati da slide rotazionali, quindi, permettono il movimento in massa di rocce su scarpate ripide >10° riuscendo a percorrere circa 10-40 km. Si parte da strutture estensive a monte per arrivare a strutture compressive a valle.
• Slumps --> rappresentano una deformazione molto accentuata di strati eterolitici (fangosi e sabbiosi) da cui si originano le correnti di torbida.
• Torbida --> L’area da cui si originano i movimenti in massa è la staging area posta lungo la scarpata e soggetta a condizioni di instabilità gravitativa. Siccome possono trasportare enormi blocchi rocciosi (groove) producono al loro passaggio erosione di fondo. I caratteri tessiturali fossili che oggi possiamo studiare rispecchiamo la provenienza del sedimento ma possono subire modifiche durante il loro percorso.

Torbiditi e gravity flows

Tra le torbiditi il ruolo fondamentale lo hanno le:

1. Gravity flows (detritiche) -> è un flusso ad alta densità, miscela di acqua e sed, è un movimento gravitativo e il viaggio sul fondale marino è strettamente collegato alla differenza di densità tra acqua in bacino e sedimenti in flusso, infatti possiamo avere gravity flows lacustri o marini.

Nel primo caso la deposizione può avvenire in modo:

• Incrementale: il sedimento è libero di muoversi permettendo una deposizione gradata da bottom to the top se il flusso è decelerato, al contrario se è un flusso carico di energia.
• Massivo: la deposizione è immediata e massiva a causa di un brusco cambio di pendenza del bacino di deposizione, per questo non ci sono strutture trattive.

2. Density flows (torbiditi vere e proprie). Sono movimenti che generano canyon sottomarini e lobi deposizionali (nel bacino di dep) sediment gravity flow. Taling del 2012 introduce una distinzione peculiare differenziando come un singolo evento possa contenere più tipologia di flusso gravitativi, che agiscono contemporaneamente in relazione all’ambiente deposizionale che abbiamo in natura (conformazione bacino sedimentario ad esempio).

Quindi si generano processi di trasformazione partendo dal parental flow (generatore di partenza) che danno origine a flussi coerenti (quantità del fango presente dall’inizio che permette al flusso di viaggiare per molti km non avendo attrito al contrario di quelli non coerenti che hanno minore capacità di scorrimento perché ‘interlooking è nettamente maggiore: sabbie e glovacche.) La geometria è diretta proporzionale: geometria in pianta è lobata per i non coerenti e allungata per le coerenti.

Tutti i flussi comunque hanno una caratteristica bistato: porzione basale che viaggia come high density e a superiore con densità minore law density. Questo causa un cambio di facies, includendo anche la geometria. Partendo da geometria massive a geometrie basali (ripples).

Strutture massive di deposizione tasso di sed molto veloce -> non ci sono strutture trattive, forte risalita di acqua all’interno che risale verso l’alto distruggendo le labili strutture trattive che potrebbero esserci. Cosa contraria se il tasso di sedimentazione è lento.

La natura lo spessore e la posizione all’interno del bacino sedimentario è fortemente influenzato dalla concentrazione del flusso laminare o turbolento, super critico o sub critico.

Gli studi hanno evidenziato il passaggio da flussi densi e meno densi con un grado di turbolenza che via → via diminuisce. Da turbolenti a laminare. viene detta transizione primaria.

Concetto del salto idraulico:

Localmente il salto idraulico è favorito da un confinamento maggiore.

Foro confronto tra subaerea e subacquea. Il quella subacquea si produce acqua planning a causa dell’acqua che sta sul fondo che poi risale modificando la densità del flusso da basale a superficiale.

• A - Debris flow coesivo sovracorrente (poco evoluto).
• B - Con un certo grado di organizzazione con granulometria crescente verso l’alto (sotto corrente clasto evoluto).
• C - A b e c stesso evento deposizionale ma in luoghi e in tempi diversi.

Le correnti di torbida

Le correnti di torbida: tutte le tipologie di sediment gravity flows. Sono misture di sedimento con differente grado di concentrazione e si muovono per densità maggiore del mezzo circostante e per gravità. Ogni corrente include vari flussi al suo interno e rappresenta un meccanismo che tiene in movimento i granuli prendendo in carico materiale attraverso l’erosione che caratterizza l’accelerazione del flusso stesso (processi di entrainment). La sedimentazione avviene durante la decelerazione a causa del pendio poco pendente a valle nel bacino di dep. Le particelle che si depositano possono avvenire per vari motivi che agiscono contemporaneamente quindi la predominanza di un trasporto o l’altro possiamo avere un deposito coesivo frictional e fully turbolent. Changes da sopra a sotto corrente.

Classificazione delle torbiditi dovuto a tanto lavoro di campagna. → Gravity density flows supportati dalla resistenza della matrice e quando si arrestano danno depositi molto caotici (vedi foto).

Meccanismi di innesco delle torbi:

1. Tempeste -> (vedi Sant’Antonio).
2. Frane lungo scarpate deltizie.
3. Frane iperpicnali → (vedi Chiocci) flusso iperpicnali (va bene in contesti geologici stretti, foreland delle catene). Flusso omopicnali: deposizione immediata a foce, flusso ipopicnali si formano i pennacchi di torbida.
4. Frane retrogressiva che staccano pezzi di piattaforma che innescano frane sottomarine.
5. Trasformazione da un flusso detritici → conversione da flusso detritico a flusso sottomarino.

Lezione del 5/10: le strutture sedimentarie

Le strutture sedimentarie sono il risultato di processi fisici chimici e biologici attivi negli ambienti sedimentari e possono generarsi in sedimenti di diversa composizione. Possono trovarsi in tutti i tipi di rocce preservati in modi estremamente differenziati ma nonostante ciò, per la loro importanza diagnostica, sono considerati un chiave di interpretazione per capire l’assetto deposizionale delle rocce sedimentarie.

Classificazione:

1. Strutture primarie si sono formate durante la diagenesi e sono legate a processi fisici.
2. Strutture erosive: dovute a processi di trasporto che erodono una parte del sedimento che va depositandosi.
3. Strutture deformative.
4. Strutture biogeniche: formate per azione di organismi viventi, tracce fossili.
5. Strutture deposizionali chimiche e biologiche. Legate a processi di precipitazione salina o strutture biocostruite come le scogliere.

Le strutture primarie

• Trattive o: il mezzo che le produce può essere l’aria o l’acqua e si sviluppano in sedimenti sabbiosi (a diversa composizione) o pelitici.

Queste vengono a formarsi relazione a profondità di flusso, velocità della corrente e dimensioni granulometriche. In particolare, correnti unidirezionali, oscillatorie e combinate possono:

• Erodere e rielaborare.
• Depositare e rielaborare.
• Solo depositare.
• Non erodere e non depositare -> la corrente rielabora solo parzialmente i sedimenti allontanando particelle con granulometria più fine causando lag deposizionali.

Questa modalità produce una laminazione di fondo piano o forme di fondo (bed-forms) che vengono classificate in base alla granulometria come:

1. Forme di fondo prodotte da moti unidirezionali.
2. Forma di fondo piano inferiore e superiore.
3. Forme di fondo prodotti da flussi oscillatori/combinati.

L’evoluzione delle forme di fondo avviene seguendo un trend generale che mostra uno sviluppo asintotico: crescono fino a raggiungere una posizione di equilibrio compatibile con le caratteristiche idrodinamiche del flusso e permangono in questo stato fin quando il flusso non cambia. in questo caso avremo 4 stadi di sviluppo:

1. Forme incipienti.
2. Forme di crescita.
3. Forme stabilizzate.
4. Forme completamente sviluppate.

• Decantazione e rotazione.
• Decantazione per processi ondivia.

Le forme di fondo prodotte dai moti unidirezionali possono avvenire in ambiente sub-aereo (interfaccia acqua /aria) sub-acqueo (interfaccia acqua sedimento).

La classificazione delle forme unidirez. è basate sul regime di flusso che insieme al N° di Froude (F) regolano le diverse condizioni idrodinamiche:

• → → se F< (0.84 -1) flusso subcritico ripples e dune;
• → → se F> (0.84-1) flusso supercritico alto tasso di trasporto dei sedimenti;

Con l’aumento della forza di flusso abbiamo la sequenza delle forme di fondo.

B. le forme di piano inferiore sono depositi piatti senza particolari forme distinti e caratterizzano i fondi sabbiosi. La struttura principale sono i ripples che hanno una struttura ben precisa ed indicano la direzione del flusso:

I ripples sono caratterizzati da una:

• → Struttura interna corpo principale costituito da lamine di foreset che si adagiano su una singola lamina (bottom set) e su quella di stoss side del ripple precedente.
• → Struttura esterna geometria asimmetrica in sezione che è //alla direzione di scorrimento del flusso (lungo dip). Avviene in depositi sabbiosi o siltosi i cui granuli vengono presi in carico e trasportati.

Possiamo avere inoltre:

• Asymmetrical small ripples se L=11-21 cm, H=1.2-3 cm, angolo di lee side =10-20°.
• Asymmetrical large ripples se L=100-500 cm, H=10-40 cm, angolo di lee side =20-30°.

La geometria e le forme dei ripples sono in relazione con la velocità e profondità del flusso: a parità di profondità, l’aumento di velocità porta alla formazione di ripple asimmetrici a cresta rettilinea e continua che poi tendono o modificarsi in modo simmetrico. Se le condizioni al contorno cambiano cambia la geometria delle creste dei ripples: e la forma delle lamine interne.

Si appoggiano con contatto tangenziale sulla superficie del solco. Si appoggiano con contatto angolare sulla superficie del solco.

Lezione 6/10

Con l’aumento della velocità il quantitativo di sedimento che viene mosso è maggiore quindi i ripple vengono distrutti e formano le dune: forme sedimentarie asimmetriche con dim L= 1-5 mt H=10-40 cm. La struttura interna ed esterna è uguale a quella dei ripples possono essere di origine continentale o marino e si formano in sabbie di 0.15 mm.

Nelle dune è presente la stratificazione incrociata internamente e il loro spessore mi indica una stima dell’altezza della duna stessa. Sulla superficie inoltre è possibile trovare ripples la cui direzione mi indica il verso di migrazione della duna. Inoltre è possibile trovare sotto corrente dei ripple inversi causati da un flusso nettamente veloce tale da invertire localmente il flusso e la direzione dei ripple.

Per capire la migrazione delle dune dobbiamo introdurre il concetto di transport stage: il rapporto tra sforzo di taglio sul fondo e quello critico necessario a far muovere i granuli. Questo aumenta con la velocità del flusso, quindi, aumenta anche il tasso di migrazione della duna e si arriva ad avere due strutture:

1. Washed out dune: dune molto piatte dovute ad un flusso con altissima velocità.
2. Dune scomparse: se il flusso continua ad aumentare si arriva al fondo piano superiore (n° freude< 0.85 su sabbie fini), con la scomparsa della duna.

Relazione tra flusso e dune:

Un flusso supercritico può essere turbolento o laminare in entrambi i casi si possono formare dune stabili o instabili ma in quelle a flusso laminare non saranno preservate le forme di fondo.

Se il flusso è turbolento invece potranno formarsi:

• Dune stabili -> antidune stabili: laminazione interna, erosione e aggradazione sono molto schiacciate.
• Antidune instabili: flusso più veloce che implica un aumento dell’inclinazione della superficie che permette ai depositi di orientarsi in geometrie più complesse (lenticolari) le lamine di sedimento, possono essere orientate sottocorrente.
• Dune instabili -> chates-pull: dovute ad un flusso che aumenta e diminuisce di velocità solo localmente, questo favorisce la formazione di dune concave.
• Cycling steps: forma simile alle dune ma con laminazione intera opposta, il flusso passa sa supercritico a sub critico quindi si ha deposizione (salto idraulico).

Lezioni 7/10: la stratificazione

La stratificazione è l’evoluzione delle forme di fondo viste fino ad ora. In particolar modo la laminazione e stratificazione incrociata si forma per migrazione delle forme di fondo e dei processi che ne permettono la deposizione. Per definirla dobbiamo definire lo stratum: qualsiasi letto roccioso che è ben distinguibile dai letti sovrastanti su base tessiturale, litologica, strutturale.

Altri termini utili:

• Bed: uno stratum con spessore > 1 cm;
• Lamina: uno stratum con spessore < 1 cm;
• Layer: parte di un bed che è distinguibile sulla base della sua composizione e tessitura.
• Division: un layer o una parte di esso, caratterizzata da un’associazione di strutture sedimentarie.
• Band: porzione lateralmente continua di un layer distinguibili sulla base tessiturale e cementazione.
• Lens: come una banda ma lateralmente discontinua.
• Amalgamation surface: superficie di erosione che separa due letti o due superfici litologicamente simili.

Tutta la laminazione incrociata che è inclinata è dovuta a processi deposizionali ed è descritta come cross stratification che definisce una stratificazione primaria e non secondaria dovuta a tilt tettonici.

Possiamo parlare di:

(Naturalmente in base allo spessore possiamo dire cross layer, band ecc.)

I principali tipi di strati inclinati:

La laminazione è l’espressione della struttura interna forme di fondo che è l’unica che si conserva.

Possiamo avere:

• Forme 2D:

1. Angular internal cross strata: strati con contatto angolare al tetto e alla base;
2. Tangential internal cross strata: strati con contatto tangenziale alla base e angolare al tetto;
3. Sigmoidal internal cross strata: strati inclinati con geometria sigmoidale e contatti tangenziali al tetto e alla base.

• Forme 3D:

Mi permettono di distinguere le tipologie di stratificazione in base alla geometria delle superfici limite dei singoli set. La laminazione interna è ben visibile analizzando in deposito lungo la dip direction, lungo strike in base al taglio topografico posso incorrere in errori.

1. Planar tabular cross-stratification: le sup limite sono piano parallele;
2. Planar wedge-shaped cross-stratification: le sup limite non sono parallele;
3. Trough cross stratification: le superfici limite sono curve e non parallele tra loro. (simil laminazione incrociata a festoni)

La laminazione incrociata può essere prodotta da:

1. Flussi unidirezionali: si forma attraverso la migrazione di diverse forme di fondo e la suddivisione è gerarchica, diverse forme di fondo caratterizzano flussi di tipo differente a cui è possibile risalire se la forma è fossile. (ci si riferisce allo stesso se la forma è una duna)

Come si preservano queste strutture? Le forme di fondo si creano grazie alle correnti di flusso ma la preservazione dipende dal tasso di deposizione.

Solitamente al migrare della duna/ripple abbiamo abbiamo deposizione su lee side ed erosione nello stoss side.

Caso 1:

La stessa quantità di materiale che viene trasportata e deposta viene anche erosa, ciò impedisce la formazione di strutture di fondo. Il risultato è una stratificazione piano parallela dei sedimenti. Solo l’ultimo strato che si genera può preservare qualcosa.

Caso 2:

Non tutto il sedimento che viene deposto viene eroso, ciò