2. INQUADRAMENTO GEOLOGICO DELL’AREA DI STUDIO
Il Bacino di Siena risulta essere un’area molto indagata sotto vari aspetti:
paleontologici, tettonici, sedimentologici e stratigrafici, con l’ausilio spesso di una buona quantità di dati sismici.
Il Bacino di Siena fa parte di una depressione tettonica che presenta un’estensione maggiore di 200 km, avente direzione NNO-SSE e compresa in un’area tra Lucca ed il lago di Bolsena (figura 2.1).
Fig. 2.1: carta geologica semplifica con ubicazione dell’area di studio (Aldinucci et al., 2007).
Il Bacino di Siena confina a Sud con il bacino di Radicofani ed a Nord con il Bacino di Casino. I margini orientale ed occidentale sono rappresentati da dorsali: ad Est si osserva la dorsale Chianti-Rapolano ed ad Ovest la Montagnola Senese e la dorsale Murlo-Montalcino (Figura 2.2).
La tettonica che ha dato origine al Bacino di Siena e che ne ha guidato l’evoluzione è ancora oggetto di discussione tra i vari studiosi.
Fig. 2.2: carta geologica semplificata della Toscana meridionale con indicazione dell’area da cui provengono i campioni esaminati (Martini et al., 2011).
Secondo la maggior parte degli autori la sua origine è legata ad un regime tettonico estensionale (Bossio et al., 1993; Martini e Sagri, 1993; Pascucci et al., 1999; Carmignani et al., 2001; Brogi, 2011; Martini et al., 2011), secondo altri ad un regime compressivo (Boccaletti e Sani, 1998; Finetti et al., 2001;
Bonini e Sani, 2002).
L’ipotesi più accreditata risulta essere la prima, confermata anche da studi recenti effettuati allo scopo di capire l’architettura e l’evoluzione del bacino attraverso l’integrazione di nuovi dati, con numerosi dati geologici diretti ed
indiretti acquisiti tra gli anni ‘80 e ‘90 per indagini petrolifere e geotermiche ( profili sismici, valori del flusso di calore, pozzi profondi, etc…) (Brogi, 2011).
Il Bacino di Siena si sarebbe quindi sviluppato durante un’evoluzione tettonica complessa iniziata circa 7 Ma di anni fa (Brogi, 2011). Si tratta di un bacino Neogenico-Quaternario la cui origine è legata alla collisione tra la placca Adria ed il blocco Sardo-Corso. Tale collisione ha dato vita nel Miocene inferiore (∼ 18 Ma) all’orogenesi appenninica (Manganelli et al., 2010), ma nel corso del Miocene superiore (Tortoniano) importanti fenomeni distensivi hanno smembrato la catena favorendo la formazione di numerosi bacini, tra cui quello di Siena (Bossio et al., 1992).
Il Bacino di Siena è quindi un bacino post-collisionale interpretato come un semi-graben (Martini et al., 2011) con la faglia principale situata sul suo margine orientale (Aldinucci et al., 2007).
2.1. Breve resoconto della storia deposizionale del Bacino di Siena
La storia deposizionale del Bacino di Siena inizia con un ambiente fluvio- lacustre (dal Tortoniano al Messiniano) cui fa seguito la trasgressione marina che segna l’inizio del Pliocene (Aldinucci et al., 2007). Questa trasgressione, favorita da una generale fase di sprofondamento tettonico dei bacini toscani preformati (Bossio et al, 1993), è stata innescata dal rapido innalzamento del livello marino del Bacino Mediterraneo (Bossio et al, 1993) a seguito del ripristino delle normali condizioni marine dopo la Crisi Messiniana (Riforgiato et al., 2005). Già nel Piacenziano inizia la fase di regressione marina per sollevamento generale che porterà all’emersione del bacino nel Gelasiano (Aldinucci et al., 2007).
La successione marina pliocenica presenta due principali fasi deposizionali:
la prima (inizio Zancleano) comprende ghiaie e sabbie da alluvionali a transizionali sui margini del bacino ed argille di offshore all’interno del bacino; la seconda fase (fine Zancleano ed inizio Piacenziano) è rappresentata da sabbie e conglomerati di ambiente marino costiero e correlative argille di offshore con sabbie torbiditiche. Al di sopra si rinvengono sabbie di mare basso depositate durante la regressione marina che causò l’emersione del bacino (Aldinucci et al., 2007). Con l’inizio del Quaternario, lo svilupparsi di reti fluviali ed i locali
sollevamenti del margine orientale del bacino hanno dato vita a depositi alluvionali sottili e discontinui che poggiano in discordanza sui sedimenti marini pliocenici (Aldinucci et al., 2007).
2.2. Unità allostratigrafiche
I campioni fossiliferi oggetto di studio sono stati prelevati da un’area situata nella parte settentrionale del Bacino di Siena (Figura 2.2). La successione pliocenica esposta in tale area è stata recentemente cartografata sulla base di analisi di facies e secondo principi allostratigrafici (Martini et al., 2011).
Le unità allostratigrafiche sono definite come “corpi stratiformi, cartografabili, di rocce sedimentarie, definiti ed identificati sulla base delle discontinuità che le delimitano” (NASC, 1983). L’unità fondamentale della classificazione allostratigrafica è l’alloformazione. Le quattro alloformazioni riconosciute nell’area di studio (figura 2.3) sono delimitate da superfici di
Fig. 2.3: estensione bio-cronostratigrafica delle unità allostratigrafiche e corrispondenti unità magnetostratigrafiche e geocronologiche della zona settentrionale del Bacino di Siena. ATNTS: Astronomical Tuned Neogene Time Scale (Martini et al., 2011; modificata).
discordanza e quindi ognuna di esse corrisponde ad una sequenza deposizionale e rappresenta una particolare fase dell’evoluzione del bacino (Martini et al, 2011).
Ogni alloformazione è stata suddivisa in unità litologico-deposizionali, che corrispondono ad associazioni di facies:
− alloformazione A1, presenta alla base depositi alluvionali che passano nella parte superiore a sabbie di ambiente di shoreface con intercalazioni di fango;
− alloformazione A2, dominata da sabbie di ambiente di nearshore e sabbie da shoreface a deltaiche. In area distale è presente un livello pelitico di offshore intercalato alle sabbie di nearshore.
− alloformazione A3, dominata da fanghi di ambiente di offshore.
− alloformazione A4, presenta sabbie di delta e di shoreface con fanghi di offshore.
In figura 2.4 è rappresentato uno schema geologico tridimensionale dell’area settentrionale del Bacino di Siena.
Figura 2.4: schema geologico tridimensionale dell’area settentrionale del Bacino di Siena. L’area in bianco con il punto interrogativo non è interpretabile. La freccia indica la direzione meridionale (Martini et al., 2011, modificata).
Nell’area prossimale (margine del bacino) le alloformazioni si chiudono fino a raggiungere il substrato (in marrone) presentando quindi il minimo spessore.
AREA PROSSIMALE
AREA DISTALE
Nell’area distale (zona interna del bacino) le alloformazioni raggiungono il massimo spessore. Il limite di ogni alloformazione è indicato con una linea rossa che corrisponde ad una superficie di discordanza (Martini et al., 2011).
