3: silt argilloso-sabbiosi Strati, litologie e facies: la sedimentologia come strumento per la moderna stratigrafia 5: sabbie medie 4: sabbie grossolane 3: silt argilloso-sabbiosi 2: sabbie siltose 1: sabbie grossolane

5: sabbie medie con malacofauna marina 4: sabbie grossolane a stratificazione inclinata concava 3: silt argillosi massicci con malacofauna di ambiente salmastro passanti a silt sabbiosi con malacofauna marina 2: sabbie siltose a stratificazione a basso angolo 1: sabbie grossolane a stratificazione inclinata concava

5: sabbie medie d spiaggia sommersa Trasgressione 4: sabbie grossolane di canale deltizio Discordanza: erosione fluviale prodotta da caduta del livello marino 3: silt argilloso-sabbiosi di piana costiera e piattaforma interna Trasgressione 2: sabbie siltose di fiume a bassa sinuosità 1: sabbie grossolane di fiume a canali intrecciati

L’esercizio ci ha mostrato un percorso concettuale che i geologi del sedimentario hanno compiuto in oltre un secolo di esperienza di terreno: abbiamo inizialmente descritto un successione di litologie……abbiamo cioè fatto una Litostratigrafia informale; abbiamo riguardato i sedimenti descrivendo semplicemente strutture sedimentarie e contenuto fossilifero……abbiamo definito una successione (sequenza) di Facies Sedimentarie; abbiamo infine interpretato la successione in termini di ambienti deposizionali e variazioni relative del livello marino…….abbiamo applicato la Stratigrafia Sequenziale

Dalla Sedimentologia alla Stratigrafia: l’analisi delle facies sedimentarie concetto di facies; l’analisi di facies e l’interpretazione delle successioni sedimentarie: potenzialità e problemi; analisi di facies e moderna stratigrafia

Che cos’è la facies sedimentaria? Facies dal latino aspetto….in Geologia termine usato in vario modo….Facies metamorfica, Facies sedimentaria, Biofacies ecc. Nella Geologia del Sedimentario il termine è introdotto da Gressly (1838) per descrivere variazioni laterali nell’aspetto (principalmente litologico ma anche paleontologico) di unità litostratigrafiche; Si deve a Moore (1949) la definizione forse più accettata di facies: “ ….ogni porzione arealmente ristretta di una certa unità stratigrafica che mostri caratteristiche significativamente differenti da quelle di altre porzioni della stessa unità”

La facies è un unità operativa di descrizione delle successioni sedimentarie….ma in che termini? la facies inevitabilmente esprime le condizioni di deposizione dei sedimenti, tuttavia, l’utilizzo più appropriato rimane quello descrittivo con eventuale interpretazione limitata ai meccanismi di trasporto e deposizione che si possono evincere dalle strutture sedimentarie e dalle tessiture; La facies quindi è: “..un corpo sedimentario espresso su spessori metrici e caratterizzato da attributi fisici che lo differenziano rispetto ai sedimenti che gli sono associati sia verticalmente che lateralmente” Bosellini et al., 1989

Gli attributi descrittivi che definiscono le facies sedimentarie litologia e tessitura…..spesso si usa il termine litofacies per indicare appunto una facies che si caratterizza fortemente per i suoi aspetti litologici; geometria e spessore degli strati; strutture deposizionali; strutture organiche (fossili, bioturbazioni); colore Operativamente la facies come entità descrittiva si esprime in gruppi di strati simili per gli attributi di cui sopra, delimitati (verticalmente e lateralmente) da altre facies da superfici di significato stratigrafico……

calcari micritici lagunari calcari biodetritici di backreef calcari biocostruiti di reef calcari biodetritici di forereef

….che possono essere erosive, nette o graduali

L’arrangiamento verticale delle facies: la legge di Walther e le sequenze di facies Walther indica una chiara possibilità di interpretare la successione verticale delle facies in termini di variazioni laterali degli ambienti deposizionali “Si ritrovano sovrapposti in continuità stratigrafica quei depositi (le facies) che oggi si accumulano in ambienti adiacenti”

Legge di Walther: un esempio 5: sabbie medie d spiaggia sommersa anche qui è ok! e qui cosa succede? 4: sabbie grossolane di canale deltizio 3: silt argilloso-sabbiosi di piana costiera e piattaforma interna 2: sabbie siltose di fiume a bassa sinuosità Walther qui è soddisfatto! 1: sabbie grossolane di fiume a canali intrecciati

La legge di Walther ha in sé due implicazioni importantissime per la comprensione della dinamica delle successioni sedimentarie: 1) quando è soddisfatta esprime il concetto di trasgressione/regressione deposizionale ovvero l’autociclicità sedimentaria regressione trasgressione Cordone sabbioso Piattaforma Fiume-delta laguna Piattaforma (silt argillosi con fossili marini) Cordone sabbioso (sabbie) Laguna (silt argillosi bioturbati) Fiume-delta (sabbie e silt argillosi) Trasgressione/regressione: spostamento della linea di costa verso terra/mare in relazione all’apporto sedimentario e alle variazioni del livello marino

Nell’accezione classica ed ideale trasgressione e regressione esprimono sequenze di facies che rispettano pienamente la legge di Walther Le tendenze litologiche e stratimetriche verticali nelle sequenze di facies: Invarianza granulometrica= trend stazionario Aumento granulometrico verso l’alto= trend regressivo Diminuizione granulometrica verso l’alto= trend trasgressivo

Strati ciottolosi obliqui=litofacies 1 Strati sabbiosi obliqui= litofacies 2 Strati sabbioso-limosi piani= litofacies 3 Strati argilloso-limosi massicci= litofacies 4 Limite graduale Limite erosivo

Sequenza di lito litofacies FU litofacies 1= barra di accrezione laterale in fiume ciottoloso sinuoso litofacies 2= barra di accrezione Laterale in canale sabbioso sinuoso litofacies 3= riempimento canale litofacies 4= aggradazione verticale della pianura alluvionale Limite graduale Limite erosivo

Tilting tettonico Limi sabbioso-argillosi massicci= litofacies 1 Sabbie ciottolose a laminazione piana= litofacies 2 Ciottoli e sabbie a stratificazione lenticolare= litofacies 3 Ciottoli a stratificazione piana= litofacies 4 Limite erosivo Limite netto Limite sfumato

Sequenza di litofacies CU litofacies 1= lago marginale litofacies 2= fronte deltizio distale litofacies 4= piana deltizia Limite erosivo Limite netto Limite sfumato litofacies 3= fronte deltizio prossimale

La gerarchia dell’analisi di facies: dalle sequenze alle associazioni di facies La sequenza di facies esprime su una data verticale l’arrangiamento spaziale delle facies definito associazione di facies

L’insieme di associazioni di facies definisce i sistemi deposizionali a loro volta costituiti da elementi deposizionali Sistema deposizionale: insieme tridimensionale di facies sedimentarie geneticamente legate da processi ed ambienti deposizionali

La Stratigrafia Deposizionale di Bosellini et al., 1989 L’analisi di facies consente quindi di gerarchizzare le successioni sedimentarie in corpi sedimentari di significato operativo e di vario rango fisico e concettuale La Stratigrafia Deposizionale di Bosellini et al., 1989

Ma cosa significa in pratica fare l’analisi di facies? Abbiamo visto che a partire dagli strati e dalle lamine si possono definire le facies sedimentarie e come queste permettono di descrivere ed interpretare le successioni sedimentarie in termini di processi, ambienti e dinamiche di sedimentazione. I geologi del sedimentario nel tempo si sono date delle prassi di analisi di facies che riflettono in larga parte i paradigmi del Tempo lineare e ciclico, Catastrofismo ed Uniformismo, ecc. L’analisi delle facies si può esplicare attraverso il: Confronto tra la roccia (il passato) intesa come gruppi di strati e gli ambienti e i processi attuali: i modelli di facies; Confronto tra la roccia intesa come singoli strati, i processi deposizionali (noti e meno noti) nella loro evoluzione spaziale;

I modelli di Facies della Scuola Nordamericana Sequenza di Bouma Via la variabilità locale torbiditi e sistemi torbiditici attuali “….The concept of "facies models" appeared in the mid-70s, to generalize the characteristics of particular depositional environments. The models for specific systems (e.g., deltas) were constructed from features observed in modern environments and ancient rocks. The resulting models served as a framework for making new observations, as points of reference for subsequent studies, as predictors in new situations, and as a basis for making environmental and hydrodynamic interpretations. Since the mid-70s, earlier static models have become more dynamic, recognizing that environments are strongly influenced by external parameters (e.g., relative sea level fluctuation). However, with more knowledge of the various environments, it has become apparent that the older, simple models are insufficient. In re-visiting "facies models“…… perhaps we find that environments are too complex for any sorts of models (a negative approach). Alternatively, it might be better to identify the depositional elements that are fundamental to specific environments, and work on understanding the variety of lateral and vertical relationships between the elements.” Roger Walker, Abstract per il Meeting Annuale AAPG 2004

Varie sono le critiche all’approccio Facies Model che negli ultimi anni ne hanno messo in crisi la popolarità la variabilità del record sedimentario è talmente elevata da rendere spesso la “norma” del modello di facies una caratteristica più unica che rara; l’approccio Facies Model è nato in tempi di importante sviluppo dell’industria petrolifera ed è stato applicato spesso in maniera routinaria nell’esplorazione petrolifera. Ciò ha generato anche nella comunità scientifica stereotipi nell’interpretazione delle facies che hanno rallentato o bloccato la comprensione della complessità dei processi sedimentari; vi sono ancora ampi gap nella conoscenza di molti processi deposizionali che rischiano di rendere le esistenti modellizzazioni di facies inutili nella predizione dei meccanismi deposizionali e quindi anche nel riferimento a specifici ambienti.

La classica interpretazione della stratificazione HCS: tempeste marine ovvero energia, acqua e sedimento in gran parte dal mare Da Cheel & Leckie, 1992

Gli strati HCS in un ipotesi alternativa ai facies model correnti: piene catastrofiche fluviali che entrano in uno specchio d’acqua e mettono in risonanza la superficie innescando un moto ondoso anomalo che rimodella i depositi accumulati dal flusso unidirezionale verso mare Mare Terra Da Mutti e colleghi Scegliere uno dei due modelli ha importanti ripercussioni dalla ricostruzione deposizionale locale all’interpretazione della dinamica di un intero bacino sedimentario

L’esempio dell’HCS mette in evidenza modi significativamente diversi di concepire l’analisi di facies: la visione statica del log verticale contro quella dinamica delle variazioni latero-temporali dei processi deposizionali l’approccio di Miall all’analisi di facies delle successioni fluviali: i log verticali caratteristici di diversi tipi di fiumi a canali intrecciati…. un paradigma dell’analisi di facies che ha dominato fino alla fine degli anni 80

L’approccio architetturale: le facies (gruppi di strati) comprese tra superfici di diverso ordine gerarchico l’analisi di facies si sviluppa in senso latero-verticale….l’approccio dominante dalla fine degli anni 80 da Miall, 1988

L’approccio genetico all’analisi delle facies torbiditiche di Mutti: la facies coincide con lo strato che nella sua estensione spaziale (lungo strike e lungo dip) mostra variazioni sedimentologiche (geometria, tessiture, strutture, ecc.) che riflettono la dinamica spazio-temporale dei processi

analisi di facies in senso genetico nei depositi di delta conoide lacustre del Mugello gradazione inversa alla base porzione inerziale del flusso rapida segregazione di sabbia pinching out della porzione ciottolosa