Sovrapposizione di deformazioni estensionali e compressive durante lo sviluppo di prismi orogenici: esempi nell'Appennino Settentrionale e nel Salakh Arc (Oman)

Abstract

L’evoluzione a lungo termine dei prismi di accrezione è caratterizzata da interazioni complesse tra tettonica, forze di volume gravitazionali, e processi superficiali. E' influenzata da cambiamenti delle condizioni geodinamiche a grande scala, della configurazione geometrica dei margini di placca convergenti, delle proprietà meccaniche dei materiali coinvolti nella deformazione, e delle condizioni climatiche. In questo contesto, deformazioni contrazionali ed estensionali possono coesistere in porzioni diverse di uno stesso prisma o interessare ciclicamente la stessa area. Pulsi estensionali sviluppati durante la storia orogenica contrazionale di prismi di accrezione, in particolare, sono stati documentati in numerosi contesti e previsti dai modelli geo-meccanici. Le strutture deformative associate a tali pulsi estensionali contribuiscono all’evoluzione a scala regionale degli orogeni, influenzando la circolazione dei fluidi nella crosta superiore e modificando le proprietà meccaniche dei prismi di accrezione. I pulsi estensionali sin-contrazionali hanno perciò una notevole importanza scientifica ed economica.

Nell’ambito di questa Tesi di Dottorato vengono investigate strutture deformative sviluppate durante la storia orogenica contrazionale di due prismi di accrezione: le Montagne dell'Oman e l'Appennino Settentrionale. Le attività di ricerca sono caratterizzate da un approccio multidisciplinare; l'evoluzione paleoidrologica delle strutture e i loro effetti sulla circolazione dei fluidi nella crosta superiore sono investigati con particolare attenzione.

Il caso di studio di Jabal Qusaybah (Oman) offre la possibilità di studiare una struttura anticlinale sviluppata a livelli strutturali superficiali, al fronte del cuneo tettonico. Nonostante la sua posizione strutturale, l'evoluzione della piega è caratterizzata da interazioni tra deformazioni contrazionali, estensionali, e trascorrenti. I casi di studio nell'Appennino Settentrionale comprendono strutture estensionali chilometriche associate all'evoluzione di interi settori del prisma. Nel caso della Val di Lima, un sistema di faglie estensionali a basso angolo è univocamente inquadrato in un contesto contrazionale, essendo coinvolto in un piegamento successivo associato a sovrascorrimenti fuori sequenza. Nel caso di studio di Tellaro, il sistema di faglie estensionali taglia l'anticlinale di Punta Bianca, essendo associato all'assottigliamento tardo-orogenico del settore interno del prisma Appenninico. Il caso di Studio della Lunigiana include entrambi gli scenari precedenti.

The long term evolution of orogenic wedges is characterized by complex interactions between tectonics, gravitational body forces, and surface processes. It is influenced by changes of large-scale geodynamic conditions, geometrical configuration of plate margins, mechanical properties of the materials involved in the deformation, and climate conditions. Within this framework, contractional and extensional deformations may coexist in different sectors of a thrust wedge or cyclically affect the same area. In particular, extensional pulses developed during the contractional orogenic history of thrust wedges have been documented in various contexts and predicted by geo-mechanical models. Deformation structures associated with such extensional events contribute to the regional-scale evolution of orogens, influencing fluid circulation within the upper crust and modifying mechanical properties of thrust wedges. Therefore, sin-contractional extension have remarkable scientific and economic significance.

This Ph.D. thesis investigates extensional deformation structures developed during the orogenic contractional history of two thrust wedges: the Oman Mountains and the Northern Apennines. Research is done with a multidisciplinary approach, and close attention is paid to the palaehydrological evolution of the deformation structures and their influence on fluid circulation through the upper crust.

The case study of the Jabal Qusaybah (Oman) allows investigating on an anticline developed at shallow structural levels, at the front of a thrust wedge. Despite this structural position, the evolution of the fold is characterized by interactions between contractional, extensional, and left-lateral strike-slip deformations. The Northern Apennines case studies involve km-scale extensional structures associated with the evolution of entire wedge sectors. In the Val di Lima case, a low-angle extensional fault system is unequivocally framed within the contractional orogenic history, being affected by superimposed folding due to out-of-sequence thrusting. In the Tellaro case, the extensional fault system cuts through the Punta Bianca anticline, being likely associated with the late orogenic thinning of the internal sector of the Northern Apennines. The Lunigiana case includes both the previous scenarios.