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Alessio Lucca (Ciclo XXXI)

         

 

Tutor / Supervisor: prof. Fabrizio Storti

Co-tutor / Co-supervisor: dr. Fabrizio Balsamo

Progetto di ricerca - Architettura strutturale ed evoluzione diagenetica in zone di faglia sviluppatesi in rocce carbonatiche e silicoclastiche, implicazioni paleoidrogeologiche e paleosismologiche

La migrazione e l’evoluzione dei fluidi nei bacini sedimentari è controllata dall’interazione tra processi diagenetici, strutturali, geochimici e dalle condizioni di pressione e temperatura variabili nello spazio e nel tempo (Sibson, 2000; Laubach et al., 2010). Per comprendere come questi processi interagiscono tra loro è necessario un approccio di studio integrato che comprende rilevamenti geologico-strutturali di dettaglio, analisi petrografiche, geochimiche, microtermometriche e petrofisiche. Le zone di faglia esercitano un ruolo primario nella migrazione dei fluidi nel sottosuolo e sono tipicamente caratterizzate da elevata complessità strutturale a cui si possono accompagnare elevati o ridotti valori di permeabilità (Caine et al., 1996; Faulkner et al., 2010). Questo duplice comportamento può favorire la mobilità o stagnazione dei fluidi e ciò spiega l’elevato interesse dei ricercatori su tali tematiche in varie discipline delle Scienze della Terra, favorito anche dalla possibilità di ottenere finanziamenti industriali (Ghisetti & Vezzani, 2002). Per poter ottenere relazioni predittive sul comportamento idrogeologico e sismologico delle zone di faglia, molti studi hanno prodotto dati sugli attributi petrofisici delle stesse, in funzione dei rigetti. Queste relazioni sono tuttavia valide solo in prima approssimazione perché non tengono in adeguata considerazione statistica le modalità di deformazione delle rocce fagliate, ovvero il ruolo della stratigrafia meccanica e della velocità di deformazione (attività cosismica o per creep asismico). Nei depositi carbonatici e silicoclastici, è ben noto che il grado di cementazione e la porosità esercitano un ruolo fondamentale nel determinare se la deformazione avviene per fratturazione o per meccanismi di tipo soft-sediment deformation (Aydin et al., 2006; Fossen et al., 2007). Ciò a sua volta ha implicazioni basilari sul comportamento idraulico e frizionale delle zone di faglia.
Lo scopo della ricerca è quello di descrivere quantitativamente zone di faglia sviluppatesi in rocce carbonatiche e in rocce silicoclastiche caratterizzate da differenti gradi di evoluzione diagenetica. Nei nuclei delle zone di faglia studiate saranno analizzate la granulometria, la porosità e la permeabilità. Nelle zone di danneggiamento verranno misurate la spaziatura, l’orientazione e l’apertura di fratture e vene. Le vene e le relative rocce indeformate saranno campionate per analisi petrografiche, in catodoluminescenza ottica, microtermometriche ed isotopiche (Bons et al., 2012; Ghisetti et al., 2001; Goldstein, 2001). Pseudotachiliti, ultracataclasiti e altre evidenze di attività cosismica saranno studiate sistematicamente in funzione del grado di cementazione del protolito (Di Toro et al., 2009). Ci si aspetta di caratterizzare i meccanismi deformativi agenti nelle zone di faglia e la loro interazione con la migrazione e l’evoluzione dei fluidi in funzione dell’architettura strutturale e del grado di cementazione.

PhD project - Structural architecture and diagenetic evolution in fault zones developed in silicoclastic and carbonate rocks, paleohydrogeologic and paleoseismologic implications

Fluid migration and evolution in sedimentary basins is controlled by the interaction between diagenetic, structural and geochemical processes, and by temperature and pressure changing through space and time (Sibson, 2000; Laubach et al., 2010). An integrated approach including detailed structural field mapping, petrographical, geochimical, microthermometric and petrophysical analysis is necessary to understand how these processes influence each other. Fault zones are fundamental in underground fluid migration pathways and are typically characterized by elevated structural complexity causing high or low values of permeability (Caine et al., 1996; Faulkner et al., 2010). These contrasting behaviours can cause fluid mobility or stagnation (Ghisetti & Vezzani, 2002) and explains why many earth sciences are interested in these kind of studies, favoured also by the possibility of getting involved in industrial fundings. Many studies produced data of fault zones petrophysical attributes comparing them to their offsets, in order to predict fault zones hydrogeological and seismological behaviours. These predictive relations, however, are approximations not taking statistically into account deformation modes of faulted rocks, in particular the mechanic stratigraphy and the strain rates (coseismic or creep). In carbonate and silicoclastic rocks, cementation intensity and porosity are the main factors influencing the modalities of deformation (brittle fracturing or soft-sediment deformation, Aydin et al., 2006; Fossen et al., 2007). Deformation modes have primary implications on fault zones frictional and hydraulic behaviour.
Fault zones developed in carbonates and in silicoclastic rocks characterized by different diagenetic evolution will be quantitatively described. Granulometry, porosity and permeability in fault cores and spacing, orientation and opening of fractures and veins in damage zones will be analyzed. Veins, in particular, and relative host rocks will be sampled in order to perform petrographical, optical cathodoluminescence, microthemometric and stable isotopes analysis (Bons et al., 2012; Ghisetti et al., 2001; Goldstein, 2001). Pseudotachylites, ultracataclasites and other coseismic activity evidences will be studied relating them to the cementation intensity of the host rock (Di Toro et al., 2009). We expect to be able to characterize fault zones deformation mechanisms and their interaction with migration and evolution of fluids, structural archuitecture and cementation intensity.

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY
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Pubblicato Sabato, 5 Marzo, 2016 - 19:48 | ultima modifica Giovedì, 10 Marzo, 2016 - 13:07