La Sedimentazione Di Rampa Carbonatica Dei Monti Prenestini (Miocene Inferiore, Appennino Centrale): Sedimentologia, Stratigrafi
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Geologica Romana 37 (2003-2004), 79-96 LA SEDIMENTAZIONE DI RAMPA CARBONATICA DEI MONTI PRENESTINI (MIOCENE INFERIORE, APPENNINO CENTRALE): SEDIMENTOLOGIA, STRATIGRAFIA SEQUENZIALE E STRATIGRAFIA DEGLI ISOTOPI DELLO STRONZIO Mario Barbieri*°, Francesca Castorina*°, Giacomo Civitelli*°, Laura Corda*, Sergio Madonna**, Goffredo Mariotti*°, Salvatore Milli*° (*) Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Piazzale Aldo Moro 5 - 00185 Roma ° CNR, Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, Sezione di Roma “La Sapienza” (**) Dipartimento di Geologia e Ingegneria Meccanica, Naturalistica e Idraulica per il Territorio, Università degli Studi della Tuscia, Via S. Camillo de Lellis - 01100 Viterbo *° e-mail: [email protected] RIASSUNTO - La successione calcareo-marnosa e calcarea d’età Aquitaniano-Serravalliano che affiora sui Monti Prenestini (Italia centrale) è riferibile alla Formazione di Guadagnolo che, nell’area considerata, presenta spessori variabili da 30 fino a 600 metri. Sulla sua porzione mediana (Aquitaniano superiore-Burdigaliano), è stata condotta una dettagliata analisi di facies e stratigrafico-sequenziale e sono stati inoltre utilizzati 48 campioni per la misura delle variazioni del rapporto isotopico 87Sr/86Sr. Queste misure hanno consentito una più precisa definizio- ne cronostratigrafica dell’intera successione sedimentaria e allo stesso tempo hanno permesso di definire l’età delle principali superfici di discontinuità che sono state individuate al suo interno. La successione esaminata è caratterizzata da una ripetizione ciclica di unità deposizionali shallowing e coarse- ning-upward che danno luogo a corpi sedimentari di spessore da metrico a decametrico estesi lateralmente anche diversi chilometri. Queste unità sono costituite da un numero limitato di litofacies rappresentate da marne e marne calcaree spongolitiche, calcari marnosi finemente detritici e calcari bioclastici. Ogni litofacies è, a sua volta, costi- tuita da un numero più o meno limitato di microfacies. I principali componenti, rappresentati da foraminiferi planc- tonici e bentonici, spicole di spugna, macroforaminiferi, frammenti di molluschi, echinidi, briozoi e alghe rosse, possono essere riferiti ad associazioni di tipo foramol o, più in particolare, ad associazioni di tipo molechfor, bryo- mol e rodalgale. Questi caratteri consentono di ipotizzare per questi depositi una sedimentazione su una rampa car- bonatica, sviluppatasi nell’avampaese appenninico, dove gli effetti combinati della subsidenza tettonica e delle variazioni eustatiche del livello marino hanno dato luogo ad una successione al cui interno è possibile riconoscere una gerarchia di sequenze deposizionali di terzo e quarto ordine. Le quattro sequenze di terzo ordine riconosciute, sviluppate tra 21 e 16,4 Ma, sono state denominate Guadagnolo 1, 2, 3, 4. Le variazioni glacio-eustatiche del livello marino possono essere considerate il principale meccanismo per la for- mazione dei limiti delle sequenze deposizionali di terzo e quarto ordine, sebbene in questa successione la compo- nente tettonica della subsidenza sembra essere stata un fattore determinante per la creazione dello spazio disponi- bile per la sedimentazione. Infatti il tasso di subsidenza risulta circa sette volte superiore a quello complessivo della risalita eustatica del livello marino durante l’intervallo temporale considerato. L’importante contributo tettonico alla subsidenza, riteniamo, dovrebbe trovare una logica spiegazione nel generale meccanismo di flessurazione dell’a- vampaese, connesso all’impilamento ed alla propagazione verso est dei thrust appenninici. Tale meccanismo sareb- be anche responsabile di una discreta attività tettonica sin-sedimentaria che, attraverso movimenti differenziali di blocchi (svincolati eventualmente anche lungo discontinuità preesistenti), avrebbe prodotto ondulazioni della super- ficie deposizionale della rampa e, localmente, condizionato la geometria dei corpi sedimentari. Questi movimenti avrebbero inoltre prodotto locali variazioni relative del livello marino, responsabili della formazione di alcune sequenze deposizionali ad alta frequenza sviluppate al di fuori dei trend eustatici riconosciuti. PAROLE CHIAVE: Analisi di facies, rampe carbonatiche, stratigrafia sequenziale, isotopi dello stronzio, Miocene inferiore, Monti Prenestini, Italia Centrale. ABSTRACT - This paper presents the results of a detailed facies and sequence-stratigraphic analysis, carried out on the middle part of the Guadagnolo Formation (Aquitanian-Serravallian) cropping out in the Prenestini Mountains (Central Italy). In the studied area the Guadagnolo Formation has a total thickness ranging from 30 m up to 600. It is subdi- vided into three portions: the basal part, Aquitanian in age, consists of about 100 m of cherty marls and marly limestones with resedimented calcarenites rich in larger foraminifera. The middle part, about 600 m-thick, span- ning from late Aquitanian to late Burdigalian, is made of marls, marly limestones and limestones. The upper part (about 50 m-thick), is Langhian-Serravallian in age and it is mostly represented by bioclastic calcarenites. The middle portion, our paper is focused on, ranges in age from 21 to 16.4 My. Twelve stratigraphic-sedimen- tological sections were measured, for a total thickness of more than 3000 m, and about 700 samples were utilised for the microfacies analysis. A chronostratigraphic approach based on strontium isotopes (87Sr/86Sr ratio) allowed to get a chronostratigraphic definition of the whole examined sedimentary succession and unconformities and transgressive surfaces. 80 Geologica Romana 37 (2003-2004), 79-96 BARBIERI et al. The analysed succession consists of a monotonous repetition of metric and decametric thick and laterally exten- sive shallowing-coarsening upward depositional units interpreted as parasequences. They are characterised by a limited number of lithofacies: spiculitic marls and calcareous marls, fine grained bioclastic marly limestones and bioclastic limestones each of them consisting of different microfacies. The marly lithofacies do not show evident sedimentary structures, probably because of the intense bioturbation, whereas the calcareous lithofacies display parallel or gently undulated bedding planes, locally showing foreset laminae with sigmoidal geometry; these last are commonly amalgamated but, locally, may be separated by mud layers. The main skeletal components are: planktonic foraminifera and silica sponge spicules (particularly abundant in the marly lithofacies) and fragments of echinoids, bryozoans, red algae, molluscs, barnacles and benthic and planktonic foraminifera. This biota assemblage may be referred to a foramol-type association and particularly to a molechfor, bryomol and, subordinately, rhodalgal association. Basing on litho-microfacies and biota compo- nents, the examinated succession is interpreted to be deposited on the outer sector of a carbonate ramp develop- ing on the Apenninic foreland. Both tectonic subsidence and sea-level changes controlled the cyclical stacking pattern of depositional sequences. In particular, during the time interval spanning from 21 Ma to 16.4 My, four 3rd order composite sequences (Guadagnolo 1, 2, 3, 4) have been recognised, consisting of several fourth-order sequences whose stacking pattern define transgressive and highstand systems tracts. The entire succession displays a clear wedge- shaped geometry towards SSE inside which every third-order sequence shows a pinch-out configuration. The four 3rd order sequences as a whole represent a complete transgressive-regressive cycle developed from late Aquitanian to late Burdigalian; during this time interval the ramp depositional system experienced aggradation and backstepping, between 21 and 18.0 My, and aggradation and forestepping between 18.0 and 16.4 My. The architecture and geometry of the studied succession, its internal stratigraphic organisation and its variable carbonate/clay ratio are controlled by the relationships among eustasy, tectonic subsidence, carbonate produc- tion/supply and argillaceous input. Relative sea-level changes were mostly responsible for the third-and fourth- order sequence boundaries formation, nevertheless tectonic subsidence seems to have played an important role in controlling the accommodation space and the ramp depositional profile. Syn-sedimentary tectonic activity also conditioned the architecture and the geometry of some sedimentary bodies as well as the development of the tec- tonically-controlled high-frequency sequences. KEY WORDS: Facies analysis, carbonate ramp, sequence stratigraphy, 87Sr/86Sr isotopes, Early Miocene, Prenestini Mountains, Central Italy. INTRODUZIONE Aquitaniano superiore-Burdigaliano, della Formazione di Guadagnolo, affiorante sui Monti Prenestini Negli ultimi anni diversi Autori, hanno revisionato i (Appennino centrale). Questi sedimenti, già precedente- caratteri generali dei sistemi deposizionali di rampa car- mente interpretati da altri Autori come deposti su una bonatica (Read, 1985; Tucker & Wright, 1990; Burchette rampa carbonatica (vedi Accordi & Carbone, 1988; & Wright,1992; Wright & Burchette, 1996; Pomar, 2001 Civitelli et al., 1986a, b) sono stati riesaminati al fine di a,b; Pomar et al. 2002). In particolare Burchette & meglio definire: a) la tipologia dei granuli carbonatici Wright (1992) hanno proposto una classificazione basata presenti e la loro origine; b) il contesto idrodinamico sia sul fattore