Structural Model oj ltaly "301147

\.PPENDIX

The relationships between the geology and hydrogeology of the -Abruzzi Apennines

CARLO FELICE BONI Istituto di Geologia Paleon.tologia, U n.iversità - Roma

This short note on the hydrogeology of the CentraI Apennines is intended to point out the relationships between the geological f~atures of the region and its hydrogeolog- ical characteristics. This leads to a twofold conclusion: although a detailed hydrogeo- logical study is impossible without a pracise geological background, structural inter- pretations may nevertheless be subjected to hydrogeological testing. The area under study is shown in Fig. 20. It corresponds to that sector of the Laf,ium-Abruzzi Apennines where there outcrop sedimenta of a subsiding carbonate shelf surrounded by deposita transitional to the open sea. The hydrogeological research begins, in the first pIace, with the consideration that the shelf and reef deposita, involved in orogenic movements, assume a permeability through fracturing which is distinctly superior to that of the transitional sedimenta, rich in pelitic intercalations and therefore, on the whole, lesa permeable. In the second pIace, in the carbonate shelf environment particular consideration has been given to the sedimentological variations associated with lithological differences. The dolomites found at the base of the series and, to a legger extent, the dolomitized limestones found at different levels generally show, in the Abruzzi Apennines, a legger permeability than the limestones which form the higher part of the Mesozoic. Knowledge is stilllacking on the distribution of the dolomitic facies which would permit a precise cartography. of the whole region. For this reason alI the shelf and reef deposita have been mapped with the same symbol, waiting for more detailed studies. Only through the analysis of the better-studied key areas will it be possible to give precise hydrogeological sig- nificance to some dolomitic outcrops and to describe their influence on the deep circu- lation of water. Another determining element is the evolution of the structural pattern which the different tectonic unita have undergone during orogeny. An important factor in this phase has been the deposition of the flysch and the allochthonous nappes (typical im- permeable unita considered here to be in the same category as the synorogenic terrig- enous sedimenta) which filI the depressions and the troughs that existed before or formed later at the interior and periphery of the shelf, and which ,,'ere involved in suc- cessive tectonic phases. We find consequently the carbonate shelf partitioned into separate sectors bv deen troufths filled hv imnArmAahlA RAr'limAnt,Rwhil1h Rllrround. 48 [302J Structural Model oJ often with perfect continuity, the different structural units, hydraulically isolating one from the other.

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FIG. 20 - Hydrogeological sketch of the Latium-Abruzzi Carbonate Apennines. l = Undifferentiated post-orogenic sediments: Slope deposits, alluvial fans, iluvio-lacustrine allu- vium, travertine, lava and volcanic tuff, marine shale and sand (HOLOCENE, PLEISTOCENE, PLIO- CENE); 2 = Synorogenic and late orogenic sediments of varying age and nature: diverse ilysch units and allochthonous nappes deposited or emplaced in the MIOCENE; 3 = Transitional carbonate facies: sediments deposited along the zone that divided the carbonate shelf from the pelagic envi- ronrnent; the position and width of this zone bave varied notably through time; 4 = Facies of subsiding carbonate shelf: undifferentiated carbonate formations deposited in a shelf environrnent - prevalently limestones and dolomitized limestones, with reduced outcrops of the thick dolomites occurring at the base of the series (LOWER MrOCENE-LIAsSIC; typiool maximum thickness 3000- 4000 m); 5 = Principal overthrusts; 6 = Principal faults; 7 = Probable direction of ground water movement iuta carbonate aquifers; the orientation of the arrows is based on geological, lithological, hydrological and morphological studies carried out at the surface and has not been verified directly; 8 = Springs with minimum discharge between 0.5 and 5 mais; 9 = Springs with minimum dis- charge between 5 and 20 mais: lO = Deep well. Structural M odel oJ l taly '3031 49

In stating the most generaI criteria used in the hydrogeological research it is neces- sary to look at some characteristic hydrological data of the region before comparing the hydrogeology with the geology. In the region the yearly average meteoric falls range frolli a little less than 1000 mm of rain at sea level to a maximum of 2000 mm in the higher regions. The hydro- graphic net shown in the structural model has only geographic meaning because in reality the perennial water courses are few and among these many are subjected each year to marked low water phases. In addition, more than half of the meteoric water which falls on the carbonate terrain is absorbed and goes to enrich the ground water which feeds about 30 springs with minimum discharge greater than 1 ma!s. On the carbonate outcrops an effective infiltration between 700 and 1000 mm!yr has been calculated; for the transitional facies the first available data seem to indi- cate a value less than 500 mm!yr. These values have been calculated, very simply, dividing the average annual volume the springs discharge by the areas of the respective source basins. It is important to observe that the values calculated furnish infiltration data suffi- ciently homogeneous throughout the shelf, with local variations comparable with the variations of the meteoric influx. This proof seems to guarantee a good approximation in the delimitation of the different recharge basins whic,h were drawn on the basis of geological, lithological, morphological, and hydrological considerations. A first comparison between the geological and hydrogeological characteristics sug- gests some considerations of a generaI nature. - There is a precise correspondence between the tectonic units discussed by P AROTTO and PRATURLONand the hydrogeological unita described here. - It seems evident, from the trend of the directions of flow and from the posi- tion of the springs, that each unit is hydraulically isolated from the others by a band of flysch. This observation is strengthened by the significant comparison between the value of the average infiltration and the discharge of the springs. - Within each unit the principal springs are found at the periphery of the structure at the lowest altitudes, along the limit between the carbonates and the ftysch. Significant springs are not found in the interior of the structures. An exception is the structure of the Simbruini where there is a particular situation which will be considered later. - AlI of the principal springs (Peschiera, Agosta, the ones of Lepini-Ausoni, Gari, Fibreno, etc.), are found on the periphery of the carbonate shelf, in places very near to the first outcrops with transitional cbaracteristics. After these generaI considerations we can now briefly examine the particular cl:ar- acteristics of the different hydrogeological units. The Volsci.unit (, Ausoni, Aurunci) is hydraulically isolated. It is bordered to the southwest by the shaly-sandy Plio-Pleistocene sediments which filI the Pontine Plain and to the northeast by the flysch which occupies the Latina Valley. The deep drainage is directed towards the southwest where the impermeable belt de:; creasesin height to only a few metres above sealevel. The hydrological balance (discharg- ing water-infiltrations) is probably deficient because of the 10ss across the Tyrrhe- 50 r304: Structural Model oj ltaly nian side of the structure buried by the Plio-Pleistocene cover (Monti Lepini) and where the shelf immerges directly into the sea (). The eastern sector of the Aurunci, closed toward the sea by terrigenous deposits which reach high altitudes, drains to the north towards the Liri Valley where the carbonate-flysch contact is lower. Aiso the unit of the Simbruini, Ernici, , and the monoclines of the Garigliano Valley are clearly isolated: to the southwest by the flysch of the Latina Valley; to the northeast by the flysch ofthe Roveto Valley which continues to the south, with continuity, through the Atina gorge as far as Cassino Plain; to the northwest by the flysch which follows the Antrodoco-Olevano line; and to the southeast by the volcano of Rocca Monfina, whioh is not shown on the map. The directions of ground water movement correspond with the Apennine trend which characterizes the structure. Almost at the centre of the unit there is an inversion in the direction of water flow (to the north in the northern sector, to the south in the southern sector), with several springs in the interior of the structure. In the southern sector of the Simbruini there is, in fact, a considerable structural high with uplift of the dolomitic basement, with low permeability, which aots as a subterranean watershed in the interior of the struo- ture. The thick sequences oi dolomites and dolomitized limestones are overlaid in con- tinuity or in transgression, and locally overthrust tectonically, by more permeable calcareous sediments; these being closed at the base by the dolomites and broken later- ally by transversal tectonic features, constitute the reoharge area of several springs distributed in the internaI part of the shelf, generally characterized by quite low yield values (Mola, Pertuso, Capofiume, Liri, Sohioppo, and other minor ones). The normal situation, with drainage to the south, is observed in the southern sector where thedol- omitic basement has been lowered by important collapse movements. The structural continuity between the group of the Ernici and Monte Cairo arid between the latter and the monoclines of the Garigliano Valley seems confirmed by this simple hydrogeological consideration: to justify the large discharge of both Gari and Peocia springs (minimum discharge 13 m3/s; yearly average 22 m3/s, aver many years of observations) it is necessary to admit that their recharge area extends to the southern sectors of and Simbruini, if we assume an annual average re- charge of about 800-900 mm out or an average annual preçipitation of about 1400- 1500 mm. Besides the Gari and Peccia springs, no other signifioant spring drains this sector. Unlike the areas described so far, a precise subdivision ofthe Abruzzi ranges (which from the Roveto Valley extend as far as the Gran Sa~soandthe Morrone mountains) presents some difficulties. The possible subdivisions are indioated by the trend of the directions of the water flow shown on the map. It is possible to isolate a large hydrogeological unit which extends from the Pe- schiera springs southeastward to the Velino group and continues (including the Fucino and the seetor ofthe Marsica to the southwest ofthe Sangro) up to Capovolturno springs southward at the Monti della Meta. This large unit is surrounded, like the others, by a belt or flysch which, deposited in the depressions of th~ shelf, was involved in the successive orogenio movements. Following the trend of the flysch outcrops and if their possible continuity under the recent sediments and tectonic overthrusts is considered, it can be said that the carbo- Structural Model Qf Ital1J [305] 5]

nate unit is surrounded by an impermeable belt, probably continuous, which isolates the unit considered frolli the nearby structures. The flysh trend mentioned cali be followed frolli the south along the Roveto Valley up to the northern part of the Monti Carseolani; further north along the Olevano-Antrodoco line; to the east along the upper Aterno Valley up to the L'Aquila bagli; frolli here to the south, under the overthrust which goes frolli L'Aquila to the Fucino, along the high Altipiano delle Rocche between the Velino and the Sirente; beyond the Fucino along the Sangro V alley, and then to the SQuth as far as Capovolturno. The unit thus defined is subdivided into three sectors by two important structural and paleogeographic features. The large depression of the Fucino, whose geological significance is not yet understood, is surrounded by transi- tional sediments: in hydrogeological terms one cali consider that this internaI area of the shelf (where terrigenous sediments are intercalated to calcareous deposits) is a partition area with the function of dividing hydraulically the Velino group frolli the western Marsica; to the latter is joined with continuity the ridge of the Monti Carseo- lani (eastern slope of the Roveto Valley) which is not under the influence of the Fu- cino. The northern sector (Velino Group) , hydraulically closed to the south by the Fucino, supplies the large springs of the Peschiera and Canetra (20-25 ma/g); the southern sector drains towards the springs of the Fibreno (7-14 ma/g). Further to the south, in the Monti della Meta, a Mesozoic structural high uplifts the dolomitic basement which closes to the south the Fibreno basino On the Jurassic-Liassic base- ment, there rest in transgression discontinuous transitional series. The sector of the Meta unit is consequently isolated hydraulically frolli the western Marsica and drains to the south towards the Capovolturno spring (6 m3js). A structural situation analogous to that of the Monti della Meta is seen a little further south in the Venafro mountains, where the interrupted sedimentation on the Jurassic-Liassic dolomitic basement shows typical transitional characteristics. This unit, with a triangular shape, is bordered on the east by the Volturno Valley, on the southwest by the large tectonic disturbance, which passes along the Atina gorges and puts the Liassic dolomites in contact with the Miocene flysch, and on the north by the overthrust of San Biagio Saracinesco. In agreement with the attitude of the dolomitic basement the drainage here is southeastward toward the Volturno Valley. The extreme northeast sector of the Abruzzi Apennines shows marked stratigraph- ic irregularity with important facies changes at different levels of the series. Here we are at the margin of the carbonate shelf, where in a short distance we pass to reef and external transitional environments with marked lithological variations. Conse- quently, the homogeneity of hydrogeological behaviour is lost. At the present state of knowledge a precise distinctionbetween the hydrogeolog- ical behaviour of the different lithologic facies is not yet justified. The dominating factor seems to-"be the morphology. The large depressions of the L 'Aquila Plain and of the Sulmona-Tirino Valley, rich in large springs, seem to function as centripetal systems as to the large and complex structures of the Gran Sasso, Sirente, and Middle Aterno. The same can be said for the Morrone. The group of the Montagna Grande which drains into the springs of Cauto is clearly isolated by a continuous belt of flysch. StilI more closed off frolli the neiflhbourinfl 52 [306) Structural Moael oJ ltaly

structures is the Maiella which feeds three large springs at its periphery alongthe con- tact with the flysch. This short hydrogeological note has necessarily been synthetic and superficial. We have considered only the springs which discharge calcic-bicarbonate waters at or- dinary temperatures and, therefore, related to the most superficial zone of the under- ground hydrological cycle an~ capable of supplying information only on the uppermost parts of the outcropping structures. It is hoped that in the future we shall be able to obtain more significant informa- tion on the deep structure by the study, already under way, of sulphurous water, at various temperatures, distributed preferentially at the margins of the shelf and along the principal tectonic lines. For the moment, however, interpretations based on the results of the first research would be premature.

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