Stratigrafia fisica ed analisi di facies dei depositi fluviali dell’Allogruppo di Castissent (Eocene, Pirenei centro-meridionali, Spagna)

Abstract

Il progetto di ricerca della presente tesi di dottorato ha avuto come scopo quello di studiare i depositi fluviali eocenico inferiori dell’Allogruppo di Castissent (Mutti et al., 1988) affioranti nel Bacino di Tremp-Graus, tra le valli Noguera Ribagorçana ed Isàbena (Pirenei centro meridionali). Il problema è stato approcciato da due punti di vista: A) alla scala dell’Allogruppo, per analizzarne l’assetto stratigrafico, fino ad oggi ancora non studiato nel dettaglio; B) alla scala della porzione basale dello stesso (Formazione di Castissent di Nijman & Nio, 1975), per indagare i processi sedimentari che hanno portato alla messa in posto dei famosi corpi fluviali che la compongono, seguendo la strada tracciata da Mutti et al. (1996). La metodologia di lavoro, basata principalmente su attività di terreno ed in parte anche su analisi di foto aeree, ha portato alla stesura di una carta fotogeologica alla scala 1:20000 e all’elaborazione di 11 spaccati stratigrafici, rappresentativi di circa 4km di sezioni stratigrafiche misurate strato-a-strato. La stratigrafia fisica dell’Allogruppo ha messo in evidenza l’organizzazione gerarchica della successione sedimentaria, suddivisibile in 3 sequenze deposizionali composite (CS1-A, CS1-B, CS2) delimitate da superfici che definiscono discordanze angolari con ogni probabilità legate a fasi di sollevamento dei bordi del bacino, a loro volta relazionate all’attività tettonica delle principali strutture sud-pirenaiche. Le 3 sequenze sono a loro volta composte in tutto da 39 sequenze deposizionali elementari (EDS), le cui superfici limite sono tracciabili con discreta continuità in tutta l’area studiata. Queste unità riflettono probabilmente ciclicità climatiche ad alta frequenza, che regolano attivazione e disattivazione dei sistemi fluviali. Seppur l’analisi di facies si sia concentrata principalmente sulle EDS di ambiente fluviale, la stratigrafia fisica ha permesso di valutare la transizione sottocorrente di queste verso gli ambienti deltizi. In generale, tutte le EDS di ambiente fluviale dell’Allogruppo sono costituite da una porzione inferiore fortemente progradante costituita da un pacco di strati a base erosiva gradati normalmente, cui seguono facies più fini clinostratificate ad indicare la graduale disattivazione del sistema fluviale dominato da piene. Lo studio dei depositi fluviali alla base dell’Allogruppo (Formazione di Castissent) ha messo in evidenza come questi siano costituiti principalmente da strati a base erosiva e gradati normalmente, a composizione arenaceo-conglomeratica, spesso amalgamati e caratterizzati dalla diffusa presenza di strutture deposizionali da trazione più decantazione. La correlazione di questi strati attraverso vari spaccati stratigrafici di dettaglio ha permesso di elaborare un modello di facies evolutivo che dimostra come i corpi fluviali studiati siano il frutto della sedimentazione di pochi eventi di piena a carattere catastrofico, ognuno dei quali ha generato uno strato. Lo schema di facies è caratterizzato da tre famiglie principali di facies, che sono: 1) orto- e paraconglomerati deposti da flussi iperconcentrati, 2) arenarie conglomeratiche con laminazioni oblique deposte da processi trattivi, 3) arenarie da grossolane a fini con strutture tipo climbing dunes deposte da processi di decantazione più trazione. Gli eventi di piena, quindi, partono come veri e propri flussi gravitativi di sedimento che si trasformano sottocorrente in flussi turbolenti carichi di sedimento, in grado di conservare la loro inerzia su distanze considerevoli (SLSF di Mutti et al., 1996). Questi dati mettono in dubbio le interpretazioni di Marzo et al. (1988, cum bibl.) che definivano questi depositi come frutto della sedimentazione di un sistema fluviale a regime normale. Il risultato pone anche in evidenza i limiti nell’applicare i classici modelli di facies fluviali attualistici (Miall, 1996) ai depositi fossili sviluppatisi in particolari contesti tettonici e climatici.

The goal of this PhD project is studying the early Eocene fluvial deposits of the Castissent Group (Mutti et al., 1988), which crop out in the Tremp-Graus Basin, between the Noguera Ribagorçana and Isàbena valleys (south-central Pyrenees). This matter has been approached from two different points of view: A) at a whole Group scale, in order to examine its stratigraphic succession, which has not been studied in detail before; B) at the scale of the Group basal portion (Castissent Fm. by Nijman & Nio, 1975), in order to examine the sedimentary processes responsible for the deposition of the famous fluvial bodies contained therein, in accordance with the hypothesis made by Mutti et al. (1996). This work in mainly based on field survey and, secondly, on aerial photographs analysis. This methodology has led to the compilation of a photogeological map at a 1:20000 scale and of 11 stratigraphical panels representing about 4km of bed-to-bed stratigraphic sections. The physical stratigraphy of the entire Group shows the hierarchical nature of the sedimentary record, which consists of 3 composite depositional sequences, here named CS1A, CS1B, CS2. Each one of these 3 sedimentary units is defined at top and base by angular unconformities related to reactivation of those south-Pyrenean structural features responsible for the uplifting of the basin margins. In their turn, these composite depositional sequences overall consist of 39 elementary depositional sequences (EDS), whose bounding surfaces are traceable with good continuity across the studied area. These elementary units probably reflect high frequency climatic cyclicity governing the activation and deactivation of fluvial systems. Although the facies analysis is mainly focused on fluvial EDS, the physical stratigraphy allowed assessment of the downcurrent transition from these deposits to deltaic environments. In general, all the fluvial EDS of the Group consist of a strongly prograding lower portion made up by a bed-set of erosively-based normally-graded beds, followed by finer clinostratified facies indicating gradual deactivation of the flood dominated river system. The knowledge gained from this study allows better understanding of this evolution, thus bringing a possible contribution to the understanding of similar deposits developed in different environments, such as that of deep marine channel-levee complexes. The fluvial deposits at the base of the Group (Castissent Fm.) are mainly made of erosively-based normally-graded arenaceous to conglomeratic usually amalgamated beds, characterized by the common presence of traction plus fallout depositional structures. The correlation of these beds across various detailed stratigraphic cross-sections allowed an evolutionary facies model to be developed, which demonstrates that the studied fluvial bodies are the result of the sedimentation of few catastrophic flood events, each of which generated a bed (sensu Campbell, 1967). The facies scheme is characterized by 3 fundamental facies types: 1) ortho- and paraconglomerates deposited by hyperconcentrated flows; 2) pebbly sandstones with cross-laminations deposited by tractive processes; 3) coarse to fine grained sandstones with climbing dunes produced by traction plus fallout processes. Therefore, floods start as sediment gravity flows that are transformed downcurrent in self-sustained highly turbulent sediment-laden flows, able to maintain their inertia over considerable distances (SLSF by Mutti et al., 1996). These data question the interpretations by Marzo et al. (1988, cum bibl.) that defined these deposits as a result of the sedimentation by a “normal regime” braided-to-meandering fluvial system. The results of this Ph.D. thesis also highlight the limitations of the classical actualistic fluvial facies models (Miall, 1996, cum bibl.) to interpret the ancient deposits developed in these specific tectonic and climatic contexts.