Stratigrafia fisica ed analisi di facies dei depositi torbiditici della Formazione delle Arenarie del Monte Cervarola tra la Val Secchia e la Val Scoltenna (Aquitaniano-Burdigaliano, Appennino Settentrionale)

Abstract

The Cervarola Sandstones Formation (CSF), Aquitanian-Burdigalian in age, was deposited in an elongate, NW-stretched foredeep basin formed in front of the growing Northern Apennines orogenic wedge. The stratigraphic succession of the CSF, in the same way of other Apennine foredeep deposits, records the progressive closure of the basin due to the propagation of thrust fronts toward north-east, i.e. toward the outer and shallower foreland ramp. This process produce a complex foredeep characterized by synsedimentary structural highs and depocenters that can strongly influence the lateral and vertical turbidite facies distribution. Of consequence the main aim of this work is to describe and discuss this influence on the basis of a new high-resolution stratigraphic framework performed by measuring ten stratigraphic logs, for a total thickness of about 2000m, between the Secchia and Scoltenna Valleys (30km apart). In particular, the relationship between the turbidite sedimentation and the ongoing tectonic activity during the foredeep evolution has been describe through various stratigraphic cross sections oriented parallel and perpendicular to the main tectonic structures. On the basis of the high resolution physical stratigraphy of the studied succession, we propose a facies tract and an evolutionary model for the Cervarola Sandstones in the studied area. Thanks to these results and the analogies with others foredeep deposits of the northern Apennines, such as the Marnoso-arenacea Formation, the Cervarola basin has been interpreted as a highly confined foredeep controlled by an intense synsedimentary tectonic activity. The most important evidences supporting this hypothesis are: 1) the upward increase, in the studied stratigraphic succession (about 1000m thick), of sandstone/mudstone ratio, grain sizes and Ophiomorpha-type trace fossils testifying the high degree of flow deceleration related to the progressive closure and uplift of the foredeep. 2) the occurrence in the upper part of the stratigraphic succession of coarse-grained massive sandstones overlain by tractive structures such as megaripples and traction carpets passing downcurrent into fine-grained laminated contained-reflected beds. This facies tract is interpreted as related to deceleration and decoupling of bipartite flows with the deposition of the basal dense flows and bypass of the upper turbulent flows. 3) the widespread occurrence of contained reflected beds related to morphological obstacles created by tectonic structures parallel and perpendicular to the basin axis (see for example the Pievepelago line). 4) occurrence of intra-formational slumps, constituted by highly deformed portion of fine-grained succession, indicating a syn-sedimentary tectonic activity of the tectonic structures able to destabilize the margins of the basin. These types of deposits increase towards the upper part of the stratigraphic succession (see points 1 and 2) 5) the impressive lateral facies changes between intrabasinal topographic highs characterized by fine-grained and thin sandstone beds and marlstones and depocenters characterized by thick to very thick coarse-grained massive sandstones. 6) the common occurrence of amalgamation surfaces, flow impact structures and mud-draped scours related to sudden deceleration of the turbidite flows induced by the structurally-controlled confinement and morphological irregularities. In conclusion, the CSF has many analogies with the facies associations occurring in other tectonically-controlled foredeeps such as those of Marnoso-arenacea Formation (northern Italy) and Annot Sandstones (southern France) showing how thrust fronts and transversal structures moving towards the foreland, were able to produce a segmented foredeep that can strongly influence the turbidity current deposition.

La Formazione delle Arenarie del Cervarola (Aquitaniano-Burdigaliano) affiorante nell’Appennino settentrionale si è deposta all’interno di un’avanfossa, allungata NW-SE, sviluppatasi al fronte del prisma orogenetico appenninico. Questa successione sedimentaria torbiditica ha registrato, allo stesso modo con quanto osservato in altre avanfosse dell’Appennino, la progressiva chiusura del bacino dovuta alla propagazione dei fronti di accavallamento verso NE. Questo processo ha prodotto un’avanfossa di tipo complesso caratterizzata da alti strutturali sin-deposizionali e depocentri che hanno fortemente influenzato la distribuzione latero-verticale delle facies torbiditiche. Lo scopo principale di questo lavoro è stato proprio quello di descrivere e di discutere l’influenza della tettonica sui processi sedimentari. Per questo motivo è stata effettuata una stratigrafia fisica ad altissima risoluzione tramite la misurazione, strato a strato, di circa 2000m di successione sedimentaria suddivisi in 10 sezioni stratigrafiche localizzate tra la Val Secchia (provincia di Reggio-Emilia) e la Val Scoltenna (provincia di Modena). Sulla base delle associazioni di facies descritte nelle diverse sezioni stratigrafiche è stato possibile proporre uno schema di facies specifico per i depositi studiati e di ricostruire un modello evolutivo del bacino sedimentario delle Arenarie del Cervarola. La distribuzione latero-verticale delle facies, il modello evolutivo ricostruito e le analogie con altri depositi di avanfossa dell’Appennino settentrionale, come la Formazione Marnoso-arenacea, hanno permesso di determinare che il bacino del Cervarola, in quest’area, era un’avanfossa altamente confinata e controllata da un’intensa attività tettonica. Le più importanti evidenze a supporto di questa ipotesi sono: 1) l’aumento verso l’alto, nella successione stratigrafica studiata (spessa circa 1000m), del rapporto arenaria/pelite, della granulometria e delle tracce fossili del tipo Ophiomorpha, a testimonianza del progressivo restringimento e sollevamento del bacino. 2) la presenza, nella parte alta della successione stratigrafica, di strati massivi in arenaria grossolana caratterizzati, al tetto, da strutture trattive tipo megaripples che passano sottocorrente a strati di arenaria medio-fine caratterizzati da facies da riflessione e ponding. Questo facies tract viene interpretato come relazionato alla brusca decelerazione di flussi bipartiti. Tale fenomeno favorirebbe processi di “decoupling”, cioè di separazione tra le parte densa e turbolenta, con la conseguente deposizione della porzione densa del flusso e il bypass di quella turbolenta. 3) fenomeni di riflessione e ponding che influenzano soprattutto la porzione turbolenta dei flussi. Tali fenomeni sono legati alla presenza di strutture tettoniche sviluppate parallelamente e perpendicolarmente all’asse del bacino (vedasi ad esempio la linea di Pievepelago). 4) presenza di livelli caotici intraformazionali costituiti da porzioni altamente deformate di successione fine indicanti un’attività tettonica sin-sedimentaria in grado di destabilizzare i margini del bacino. La presenza di tali unità aumenta verso la parte della successione sedimentaria (vedasi anche punti 1 e 2) 5) l’evidente variazione laterale di facies tra gli alti morfologici intrabacinali, caratterizzati da strati sottili in arenaria fine, e le aree depocentrali caratterizzate da strati da spessi a molto spessi in arenaria massiva media e grossolana - molto grossolana. 6) l’abbondante presenza di superfici di amalgamazioni, strutture da impatto e “mud draped scours” legate a brusche decelerazioni dei flussi torbiditici indotte da un confinamento tettonico e da irregolarità morfologiche del bacino. In conclusione, la Successione delle Arenarie del Monte Cervarola presenta, nell’area studiata, una sequenza di facies simile a quella esposta da altre avanfosse tettonicamente controllate come, ad esempio, la Formazione Marnoso-arenacea (Italia settentrionale) e le Arenarie di Annot (Francia meridionale). L’associazione di facies esposta mostra come il progressivo spostamento verso l’avanpaese dei principali fronti di accavallamento e delle strutture trasversali fosse in grado di produrre una segmentazione dell’avanfossa in grado di influenzare fortemente la deposizione dei flussi torbiditici.