Geologia con laboratorio

Geologia con laboratorio

Daniel Cucugliato

Sommario

• Ricostruzione delle geometrie 3D dei corpi rocciosi ....................................... 3
• Giacitura ............................................................................................................................................ 4
• Metodo di misura della giacitura.................................................................................. 4
• Profili .......................................................................................................................................................... 5
• Successioni osservate in 3D ............................................................................................... 7
• Esercizio .......................................................................................................................................... 9
• Costruzione del sottosuolo da dati di sondaggi ........................................ 12
• Costruzione del sottosuolo da dati di superficie ....................................... 12
• Limiti che hanno inclinazioni differenti ............................................................. 13
• Interazione tra tettonica, eustatismo e tasso di sedimentazione ...... 18
• Datazione di elementi geometrici ................................................................................. 20
• Allochimiche Lezione 01/04/2021 ........................................................................................ 22
• Rocce terrigene Lezione 13/04/2021 .................................................................................. 25
• Maturità tessiturale .......................................................................................................... 26
• Disaggregazione ..................................................................................................................... 26
• Idrolisi ........................................................................................................................................... 26
• Degradazione meteoric .................................................................................................. 27
• Andamento e sequenze di un fiume ............................................................................ 27
• Meandro .................................................................................................................................... 27
• Deposizione ................................................................................................................................. 27
• Delta ................................................................................................................................................ 28
• Relazioni tra variazioni eustatiche, movimenti tettonici verticali della costa e tasso di sedimentazione .................................................................. 28
• Effetti di un sollevamento ............................................................................................ 29
• Movimenti di massa Lezione 15/04 ............................................................................ 29
• Classificazione ......................................................................................................................... 31
• Ruditi ........................................................................................................................................... 31
• Areniti ........................................................................................................................................ 31
• Argille ........................................................................................................................................ 32
• Porosità ........................................................................................................................................ 32
• Thrust ................................................................................................................................................ 37
• Direzione di movimento dei thrust .......................................................................... 41
• Sviluppo di un duplex .......................................................................................................... 42
• Come funziona un cuneo di accrezione ................................................................. 43
• Faglie Lezione 04/05/2021 ......................................................................................................... 45
• Rigetto delle faglie ............................................................................................................ 45
• Indicatori cinematici .......................................................................................................... 47
• Faglie trascorrenti Lezione 06/05/2021 ....................................................................... 55
• Horse tails .............................................................................................................................. 57
• Pieghe .................................................................................................................................................. 58

Ricostruzione delle geometrie 3D dei corpi rocciosi

Strumenti comunemente utilizzati per comprendere la geologia di sottosuolo, a partire dalla geologia di superficie, abbiamo visto essere, ad esempio, la carta geologica, ma da questa dobbiamo creare un documento in grado di fornire informazioni 3D. Da un esame in superficie il geologo ricostruisce i contatti che separano le diverse litologie, a questi si aggiungono le giaciture grazie alle quali siamo in grado di comprendere la geometria del sottosuolo.

Concetto di concordanza e discordanza di una successione: una successione si dice concordante quando risulta essere verticale con strati paralleli tra di loro, che siano essi inclinati o orizzontali; lungo una successione concordante la geometria del sottosuolo è prevedibile, perché è noto quale strato poggia sopra l'altro. In una successione discordante, invece, gli strati sono disposti in maniera casuale potendo avere inclinazioni differenti e angoli più o meno accentuati tra i diversi strati, quindi la successione non è prevedibile in quanto una formazione può poggiare su diversi termini della successione, non consentendo di avere nessuna certezza sulla geometria del sottosuolo.

Una stessa giacitura può mostrare delle distribuzioni opposte, ovvero versanti a reggi-poggio e a frana-poggio. L'immersione degli strati a frana-poggio è concorde alla direzione di immersione del versante, quella a reggi-poggio, invece, ha immersione opposta al versante. Talvolta le rocce non sono presenti in affioramento perché coperte ad esempio da vegetazione o detriti, pertanto per comprendere la geometria del sottosuolo si utilizzano i principi di stratigrafia, come il principio di sovrapposizione e di continuità.

In una successione normale lo strato più recente poggia sopra quello più antico, quindi, la linea di ringiovanimento (polarità) è ortogonale alla linea di contatto fra le diverse formazioni. La isocrona è rappresentata dai vari piani degli strati, perché chiaramente uno stesso strato si è depositato nel medesimo arco di tempo, quindi è isocrono. Un log stratigrafico fornisce un'informazione a 1D in cui la dimensione è il tempo, l'informazione 2D è data dal profilo longitudinale e quella 3D è data dalla carta geologica.

La linea presente nelle carte geologiche, che separa due litologie, rappresenta l'intersezione tra superficie di contatto e la topografia.

Giacitura

La giacitura rappresenta l'orientazione di un piano nello spazio ed è data da tre grandezze: direzione, immersione e inclinazione. La direzione è una linea orizzontale, della quale si misura l'angolo azimutale rispetto al Nord; quindi, è una linea orizzontale giacente sul piano stesso. Tutti i punti che la costituiscono rappresentano anche una isoipsa (isoipsa strato), in quanto i punti si trovano alla stessa quota.

L'immersione ci dà la direzione verso cui immerge il piano, e per definizione è ortogonale alla direzione. L'Inclinazione misura l'angolo che si forma tra la linea di massima pendenza della superficie dello strato e la linea orizzontale; in altre parole, l'inclinazione è l'angolo che lo strato inclinato forma rispetto all'orizzontale, nella direzione di immersione. Se mi muovo lungo la direzione di immersione andrò via via verso strati più recenti.

Metodo di misura della giacitura

• 1° caso: 30° SE (o NW) 25° La direzione è misurata come l'angolo azimutale, da 0 a 180°, tracciato in senso orario a partire dal N. In questo caso la misura specifica anche la direzione di immersione, oltre al valore della inclinazione.
• 2° caso: 30° (210°) 25° La direzione è misurata come angolo azimutale, da 0 a 360°, tracciato in senso orario a partire dal N utilizzando la “regola della mano destra” ovvero riportando nella misura il valore azimutale corrispondente alla posizione del polso della mano destra, se orientata, con il palmo rivolto verso il basso, facendo coincidere il pollice con la direzione di immersione del piano. In questo caso si può omettere di indicare l'immersione ed il secondo valore si riferisce alla sola inclinazione. Più in generale però utilizzeremo il semicerchio destro (0-180°) per misure orientali e quello sinistro (180°-360°) per misure occidentali.
• 3° caso: 120° (300°) 25° Si riporta direttamente la direzione di immersione e il valore dell'inclinazione.

Profili

Per raffigurare l'andamento altimetrico degli strati in sottosuolo (superfici sepolte) sulla carta, analogamente a quanto fatto per rappresentare le quote nelle carte topografiche, si usano delle isoipse strato, ovvero delle linee aventi dei punti che giacciono sul piano di strato ed hanno la stessa quota. Considerando che lo strato sia planare, le isoipse strato saranno rettilinee e ognuna di esse, per definizione, corrisponde alla direzione del piano (L'isoipsa strato di quota x corrisponde alla direzione misurata a quota x).

Dall'andamento delle isoipse si può ottenere la giacitura: l'immersione è ricavabile sapendo che è ortogonale alla direzione, e quindi alle isoipse, e rivolta nel verso in cui le isoipse strato diminuiscono di quota; poi dal rapporto dislivello su distanza otteniamo la pendenza e dalla sua arco-tangente otteniamo l'angolo d'inclinazione.

Isobata = linea con uguale profondità derivante dalla differenza tra la quota topografia e la quota del piano che io sto analizzando. La differenza tra il piano dello strato in esame e il piano topografico (quota) mi dà la superficie. A seconda della direzione del piano utilizzata per produrre un profilo avremo una diversa visione, cioè a seconda di come tagliamo la superficie con la nostra traccia.

Prendendo un piano che segue la superficie del versante (parallelo alla immersione) avrò un profilo che interseca il piano (strato) e che avrà la sua stessa inclinazione (A). Se prendo un piano parallelo alla direzione ciò che otterrò sarà un profilo orizzontale, perché la direzione di per sé è orizzontale, dunque ha uguale quota in ciascun punto (B). Se prendo un piano a caso posso ottenere una inclinazione che risulta essere diversa rispetto a quella reale, può essere maggiore o minore, difatti viene chiamata inclinazione apparente (C).

Quanto detto vale anche nel momento in cui vogliamo ricostruire la geometria del sottosuolo attraverso i dati ottenuti da delle perforazioni. La stratigrafia di una perforazione intanto fornisce un dato geologico puntuale, da quel punto chiaramente potrebbero passarci infinite rette che potrebbero costituire l'intersezione tra il piano del foglio e il piano di separazione delle formazioni, quindi non è sufficiente. Svolgendo due perforazioni, ad esempio, e congiungendo i due dati puntuali otteniamo una linea, ma non è comunque sufficiente, in quanto un'infinità di piani possono essere utilizzati e passare lungo la stessa linea; le due perforazioni, e quindi i due dati, risulteranno soddisfacenti nel caso in cui sia presente un terzo punto corrispondente al punto d'affioramento della formazione, in tal caso, una volta vincolati i due punti ottenuti dalle perforazioni non sarà necessario imporre nessun altro vincolo per stabilire il contatto tra le due formazioni. In definitiva, è necessario imporre tre punti non situati lungo la stessa linea. Ad ogni modo, svolgendo un profilo potremmo ottenere delle inclinazioni apparenti.

Facendo un esempio pratico: da dei carotaggi otteniamo le diverse profondità dei vari limiti delle formazioni; se volessimo ottenere le quote assolute di questi limiti ci basterebbe sottrarre alla quota di superficie il valore delle varie profondità. Successivamente dalla congiunzione dei punti di perforazione otteniamo un triangolo; ogni punto giacente sulla linea congiungente ha una quota, per determinare la distanza tra i punti che hanno 1 metro di dislivello noi non facciamo altro che suddividere la distanza misurata lungo la linea per il valore del dislivello (dato dalla differenza di quota dei due punti di perforazione, nell'esempio è tipo 191-166). (distanza/dislivello) il valore ottenuto ci dice quant'è la distanza presente tra due punti che differiscono per un metro di quota. Da ciò, conoscendo le quote assolute dei limiti, possiamo successivamente ricostruire le isoipse strato congiungendo i punti ad uguale quota. Sono sufficienti 2 punti per comprendere l'andamento dell'isoipsa. [Registrazione Geolab1].

Andare a distinguere la profondità del contatto tra substrato geologico e copertura può essere importante per vari scopi, ad esempio trova applicazione nella microzonazione sismica ma anche nella stabilità dei versanti. La pendenza di una stessa successione può apparire diversa a seconda dei piani che si assumono, in tali casi la pendenza che si ottiene è una pendenza apparente. La linea di massima pendenza si misura lungo l'ortogonale tra le isoipse, se mi allontano con un angolo da questa andrò via via a diminuire il valore della pendenza apparente, viceversa più mi avvicino e tanto più elevata sarà questa pendenza apparente, sino ad arrivare a valori sempre più prossimi alla pendenza reale. In definitiva, la pendenza reale posso ottenerla facendo un profilo lungo l'ortogonale delle isoipse strato.

Successioni osservate in 3D

Nell'immagine si nota come una stessa successione possa apparire totalmente differente a seconda del piano che si osserva. Quando prendo un piano parallelo (//) alla immersione avrò che l'inclinazione degli strati, così come la vedo, corrisponde a quella reale; diversamente, se della stessa successione prendo una sezione parallela alla direzione ciò che vedrò sono degli strati orizzontali.

Se prendo un altro piano, avente un certo angolo, come nella 2° figura ciò che vedo è che lungo i due piani la successione sembrerebbe immergere in maniera opposta; chiaramente non è così, ciò è dovuto al fatto che nel momento in cui lo strato ha immersione E-NE, prendendo un piano che non è parallelo all'immersione avrò che lo strato apparirà con immersione a Nord. Quindi, la debole inclinazione, in un senso o nell'altro, dipende dalla tendenza del quadrante Nord o Sud verso cui immerge lo strato. Inoltre, vediamo come lo spessore degli strati osservabile nei due piani è diverso. Lo spessore reale è quello misurato lungo la linea perpendicolare al tetto e al letto dello strato.

Immaginando di effettuare una perforazione (linea rossa) ciò che ricavo dal log di perforazione, in termini di spessore, è uno spessore attraversato dalla perforazione che può essere considerato apparente, cioè non corrisponde a quello reale. Il discostamento tra il valore dello spessore attraversato e quello reale aumenta via via all'aumentare dell'inclinazione dello strato, il primo risulta essere sempre più grande; quindi conoscere le giaciture è fondamentale per andare a tarare gli spessori. Lo spessore attraversato dalla perforazione risulta essere quello reale solo quando la successione è orizzontale, in tutti gli altri casi lo spessore risulta essere apparente. Se voglio ottenere lo spessore reale da una perforazione devo orientare la perforazione stessa di un angolo parallelo all'immersione dello strato.

Nel momento in cui la successione è sub-orizzontale, o comunque debolmente inclinata, avremo che il valore dello spessore apparente si discosta poco dallo spessore reale. Se invece volessi ottenere lo spessore reale lungo una sezione parallela alla direzione, in cui gli strati mi appaiano orizzontali, dovrei inclinare la perforazione con un angolo ∂ rispetto alla direzione, ovvero ortogonalmente allo strato, cioè con la stessa inclinazione della linea in cui misuro lo spessore reale.

Abbaco

Sono delle scale graduate aventi una gradazione ciascuna diversa dall'altra. Sono state fatte in maniera tale che io con un righello fisso nella prima scala l'inclinazione reale dello strato, poi sull'altra scala a destra vado a fissare l'angolo ∂ che c'è tra la traccia della sezione e la direzione dello strato, congiungendo questi due punti il punto d'intersezione sulla scala dell'inclinazione apparente corrisponde appunto all'angolo d'inclinazione apparente che deve essere inserito nella sezione.

In sintesi, l'abbaco viene utilizzato per...