Capitolo 1
1. Introduzione
1.1. Il Progetto C.A.R.G.
Il lavoro di questa tesi si inserisce nell’ambito di un progetto di rilevamento denominato C.A.R.G. SARDEGNA, il cui obiettivo è la compilazione dei fogli geologici in scala 1:50.000 di tutta la Sardegna. Nel presente lavoro la campagna ha portato al rilevamento di tre fogli in scala 1:50.000 collocati nella Sardegna centro-meridionale a nord di Cagliari e denominati Mandas, Villacidro, Senorbì (fig. 1.1)
Il lavoro di rilevamento è stato portato avanti principalmente dalla società PROGEMISA di Cagliari con la collaborazione delle Università di Cagliari, Siena e Pisa.
Nell’ambito del progetto C.A.R.G. il lavoro di questa tesi ha avuto la scopo di analizzare i depositi vulcanici relativi alle aree rilevate.
Come si può osservare dalla fig 1.1. l’area rilevata è rappresentata da un’ampia zona situata a nord di Cagliari nella Sardegna centro-meridionale; la maggior parte degli affioramenti sono situati nella provincia di Cagliari e in piccola parte nella provincia di Nuoro.
Fig. 1.1: Carta rappresentativa dei fogli di rilevamento del Progetto C.A.R.G.; i fogli Mandas, Villacidro e Senorbì sono rispettivamente i 540, 547, 548.
1.2. Inquadramento geologico
Il complesso sistema degli eventi geodinamici che hanno riguardato il dominio mediterraneo è stato approfondito da numerosi studi che hanno evidenziato il ruolo fondamentale e l’importanza del Terziario sardo, testimoniata anche dalla buona esposizione degli affioramenti e dalla conservazione delle strutture (Cherchi & Montadert, 1982). Lo studio del vulcanismo sardo è direttamente collegato a questi eventi nei quali la Sardegna viene considerata come porzione di un arco continentale nell’ambito del processo di subduzione di litosfera oceanica in direzione NNW sotto la placca europea (Cherchi e Montadert, 1984).
Questo processo di subduzione ha indotto la formazione di un bacino di retroarco, che sarebbe rappresentato dal Bacino balearico (Alvarez, 1972; Savelli et alii, 1979; Beccaluva et alii, 1987; Lecca et alii, 1997), al quale sono legati i movimenti di deriva della microplacca sarda caratterizzati da un moto rototraslazionale.
I movimenti di deriva della microplacca sarda sono rappresentati da una traslazione verso E e da una rotazione in senso antiorario analogamente a quanto avvenuto per la Corsica poiché i movimenti dei due blocchi sono stati solidali fra loro.
Questi movimenti, indotti dalla variazione di direzione del moto dell’Africa da NS a NNE, hanno avuto termine con l’inizio di una fase compressiva burdigaliana (Letouzei et alii, 1982).
L’insieme dei processi geodinamici connessi con la migrazione della microplacca sarda ha indotto la presenza di un regime transtensivo con formazione di strutture legate alla fase iniziale di rifting, avvenuta nell’Oligocene superiore.
Tra queste la più importante è il Graben sardo (“fossa sarda”, Vardabasso,1963, rappresentato da una depressione che si sviluppa longitudinalmente da Nord (Golfo dell’Asinara) a sud (Golfo di
Cagliari) per una lunghezza di circa 220km. (Cherchi e Montadert, 1984). Il rift oligo-miocenico sardo, parallelo a quello del Mediterraneo occidentale, si distingue dal Graben plio-quaternario del Campidano (Pecorini & Pomesano Cherchi, 1969; Pomesano Cherchi, 1979), il quale si estende per circa 100km dal Golfo di Oristano a quello di Cagliari e che in parte si sovrappone alla fossa sarda attraverso un complesso sistema di faglie plio-quaternarie che hanno solo in parte riattivato quelle oligo-mioceniche (Cherchi e Montadert, 1984) (fig 1.2).
Fig. 1.2: Carta geologica e della Sardegna (Cherchi e Montadert, 1982) riquadro è evidenziato il distretto di Monastir-Furtei.
Lo stile tettonico del rift oligo-miocenico è quello tipico dei rift intracontinentali e dei margini passivi .
Il basamento paleozoico sardo e talvolta la sua copertura mesozoica ed eocenica è ribassato lungo i margini in una successione di blocchi tiltati (Cherchi & Montadert, 1982)
Il vulcanismo oligo-miocenico della Sardegna, è legato agli stadi evolutivi che caratterizzano il rift sardo (Lecca et alii, 1997) e si sviluppa nell’arco di tempo compreso tra 28 Ma e 13 Ma , come evidenziato in uno studio di Beccaluva et alii del 1987.
Esso è distribuito principalmente nel Rift e nel Sulcis e mostra un carattere orogenico in accordo con gli eventi geodinamici che lo hanno generato, i quali favorendo la risalita di serbatoi magmatici nella crosta superiore hanno indotto una serie di eventi eruttivi che si sono manifestati spesso con una certa ciclicità tra prodotti ignimbritici e lave ad affinità calcoalcalina (Lecca et alii, 1997).
Un lavoro di Lecca et alii, (1997) ha permesso di mettere in evidenza gli stadi evolutivi del Rift sardo, che possono essere così riassunti:
- Fase pre-Rift (Eocene sup.-Oligocene) caratterizzata da faglie
trascorrenti e regimi transpressivi;
- 1°Fase di rift (Aquitaniano-Burdigaliano) che ha prodotto una
riattivazione selettiva delle faglie tardo-erciniche attraverso il passaggio progressivo di fasi da trascorrente a transtensiva ad estensionale accompagnata da una estensione crostale evidenziata dalla messa in posto delle sequenze andesitiche pre-Aquitaniane (28-24 Ma, fase di proto-Rift); gli eventi successivi sono caratterizzati da un incremento del carattere esplosivo dell’attività vulcanica che si accompagna con una formazione coeva di bacini marini epicontinentali (1°Fase di rift);
- 2°Fase di Rift (Burdigaliano sup.-Langhiano) caratterizzata da un
collasso delle strutture tettoniche più importanti coevo alla migrazione verso E del fronte della Catena Appenninica; i prodotti vulcanici di questa fase mostrano una variazione di chimismo verso magmi più primitivi (basalti con alto contenuto in Mg nella zona di Montresta e dell’Arcuentu).
I depositi sedimentari pre-Rift sono rappresentati da sedimenti litorali e lagunari o continentali a carbone (“lignitifero”) dell’Ilerdiano-Luteziano e da depositi continentali della Formazione di Cixerri (Pecorini & Pomesano Cherchi, 1969) costituiti da arenarie, conglomerati, marne e argille siltose del Luteziano medio-Oligocene. La formazione del Cixerri affiora quasi esclusivamente nella Sardegna sud-occidentale mentre relativamente al distretto di Serrenti-Furtei lungo il bordo orientale del Campidano tra Serrenti e Monastir ed è molto importante perché rappresenta l’ultimo deposito continentale prima dell’apertura del Mediterraneo occidentale.
I sedimenti sin Rift sono rappresentati dalla Formazione di Ussana (Pecorini & Pomesano Cherchi, 1969) ,che affiora anche lungo il bordo orientale del Campidano meridionale tra Sardara e Monastir:
La formazione di Ussana è rappresentata da conglomerati, brecce e arenarie a matrice argilloso-arenacea e nella parte alta della sucessone da microconglomerati, arenarie e argille; l’inizio di questi depositi è riferibile all’Oligocene superiore.
Secondo Cherchi & Montadert (1984) questi depositi rappresenterebbero il ramo più orientale di un sistemo complesso di Rift che ha interessato la placca sud-europea nell’ambito dell’apertura del Bacino balearico.
Secondo Carmignani et alii (1994) e Oggiano et alii (1995) questa formazione rappresenterebbe una successione continentale sintettonica associata alla collisione nord-appenninica che ha preceduto la fase di estensione Burdigaliana essendo questi depositi connessi con i depositi clastici delle strutture transpressive e transtensive della Sardegna settentrionale e della Corsica ercinica. Come si evidenzia dal lavoro di Lecca et alii (1997) le ignimbriti assumono un ruolo importante poiché l’attività esplosiva, concentrata in un intervallo di tempo compreso tra 21 e 19 Ma, coincide con l’acme della rotazione della placca sardo-corsa.
Ulteriori considerazioni basate sulla correlazione di queste vulcanoclastiti con quelle appenniniche ha permesso di dire che il Rift sardo durante l’Aquitaniano-Burdigaliano inf. Medio possa aver rappresentato la controparte estensionale di retro-arco nei processi di subduzione verso ovest della placca adriatica.
Durante il Pliocene e il Pleistocene la Sardegna e il Tirreno sono state interessate da una dinamica estensionale che ha prodotto un nuovo ciclo vulcanico noto come “post-elveziano” (Vardabasso, 1937).
Il movimento estensionale ha prodotto la formazione del Graben plio-quaternario del Campidano, depressione che si estende per circa 100km. dal Golfo di Oristano a quello di Cagliari e che in parte si sovrappone al Rift oligomiocenico (Pecorini & Pomesano Cherchi,1969; Pomesano Cherchi, 1979).
Questa struttura che si estende in direzione NW-SE, è delimitata da sistemi di faglie trascorrenti che in parte hanno riattivato faglie oligomioceniche
A queste eventi geodinamici è un ciclo vulcanico caratterizzato essenzialmente dall’emissione di magmi basici.
1.3. Vulcanismo terziario e quaternario sardo
L’insieme degli eventi geodinamici che hanno caratterizzato la Sardegna a partire dal Terziario e che sono stati appena descritti hanno prodotto la formazione di due cicli vulcanici principali:
- ciclo oligo-miocenico - ciclo plio-pleistocenico.
1.3.1. Ciclo oligo-miocenico.
Il ciclo vulcanico oligo-miocenico sardo rappresenta uno degli eventi geologici terziari più importanti, testimoniato anche dalla grande estensione degli affioramenti che rappresentano un valido contributo nella comprensione degli eventi geodinamici svoltisi nel Mediterraneo durante l’Oligo-Miocene.
I prodotti di questa attività sono rappresentati da associazioni ad affinità principalmente calcoalcalina e in misura minore tholeiitica e calcoalcalina alta in K (Beccaluva et alii, 1987).
La messa in posto è avvenuta principalmente attraverso colate laviche e cupole di ristagno classificabili all’interno di una serie composizionale che va da andesiti basaltiche a daciti; i prodotti
esplosivi sono rappresentati da ignimbriti a composizione da dacitica a riolitica.
Secondo Beccaluva et alii (1987) il ciclo calcoalcalino ebbe inizio a partire da 32 Ma , mentre secondo Lecca et alii (1997) i primi eventi sono riferibili a 28 Ma; essi sono rappresentati soprattutto da lave andesitiche nella Sardegna meridionale e da quarzo-dioriti subvulcaniche in quella settentrionale (Alghero) con affinità tholeiitica (Giraud et alii, 1979; Beccaluva et alii, 1994)
I prodotti hanno affinità tholeiitica nella Sardegna meridionale e calcoalcalina alta in K, fino a shoshonitica, nella Sardegna settentrionale (Coulon, 1977).
La grande varietà composizionale è stata descritta da numerosi lavori a carattere petrografico e petrochimico tra i quali quello di Coulon (1977), Lecca et alii (1997) e di Assorgia etalii (1997).
L’insieme dei depositi può essere collocato all’interno di tre gruppi che riassumono il carattere composizionale e le modalità di emissione di queste vulcaniti:
-vulcaniti andesitiche, rappresentate da prodotti a chimismo da basico ad intermedio;
-vulcaniti ignimbritiche, a composizione da intermedia ad acida; -filoni basici, che localmente attraversano sia le ignimbriti che le andesiti.
Il lavoro di Assorgia et alii (1997), ha consentito di operare ulteriori distinzioni all’interno di questi gruppi.
Sulla base di precedenti lavori (Coulon, 1977; Savelli et alii, 1979) e servendosi di ulteriori dati sulla cronologia e la stratigrafia di queste vulcaniti, essi hanno proposto la seguente suddivisione del vulcanismo oligo-miocenico:
- Serie lavica inferiore basico- intermedia.
E’ rappresentata da depositi lavici ad affinità andesitica e dacitica e subordinatamente da prodotti piroclastici di flusso.
La paragenesi è rappresentata da Pl+Opx+Cpx+Hb+Qz+Bt mentre l’affinità va da tholeiitica a calcoalcalina.
Gli affioramenti più importanti sono situati nel Bosano, nel Sulcis e nella zona di Monastir.
I dati cronologici indicano una età compresa tra 33 o 28 e 13 Ma.
- Serie esplosiva inferiore acido-intermedia
Rappresentata da piroclastiti di flusso a composizione riodacitica e da flussi di lava o ignimbriti estremamente saldate.
La paragenesi dei flussi piroclastici è rappresentata da Pl+Qz+Bt+Hb, mentre le lave e le ignimbriti sono principalmente costituite da una paragenesi a Pl+Opx+Cpx±Bt.
Gli affioramenti principali si rinvengono nel Bosano e nella Sardegna centrale presso Fordongianus.
Le età radiometriche indicano un intervallo di tempo compreso tra 23 e 20 Ma.
- Serie lavica basico-intermedia superiore.
E’ rappresentata da colate di lava e piroclastiti subaeree e sottomarine con rari duomi, sill e dicchi. I depositi esplosivi sono rappresentati da fall e surge.
La paragenesi è rappresentata da Pl+Ol+Opx+Cpx±Hb e l’affinità chimica varia da basaltica ad andesitica.
Gli affioramenti più importanti si rinvengono nel Bosano, nell’Arcuentu e nel Sulcis.
Le età radiometriche indicano un intervallo di tempo tra 16 e 19 Ma.
E’ rappresentata da depositi di flusso piroclastico non saldati, flussi di lava e ignimbriti densamente saldate a composizione da riolitica a dacitica fino a comenditica.
La paragenesi delle daciti è rappresentata da Pl+Opx+Cpx±Ol±Hb±Bt mentre per le riodaciti si ha una associazione Kf+Pl+Opx+Cpx e per le comenditi Kf+Qz±Bt±Hb±Arf±Aeg.
Spesso si associano depressioni calderiche
Gli affioramenti più importanti si rinvengono nel Sulcis, le età radiometriche indicano un intervallo di tempo compreso tra 17 e 13 Ma.
1.3.2. Ciclo plio-pleistocenico
Il ciclo vulcanico plio-pleistocenico che ha interessato la Sardegna si inserisce in un contesto geodinamico caratterizzato da una dinamica estensionale che ha interessato anche il Tirreno e che in Sardegna trova la manifestazione più importante nella formazione del Graben del Campidano.
Le prime manifestazioni di questa attività risalgono a circa 5-5,03 Ma (Capo Ferrato, nel Sarrabus) per poi estendersi nella Planargia (Montiferro: 3,9-1,6 Ma), nella Marmilla (M.Arci: 3,7-2,8 Ma), nel centro-sud (3,8-1,7 Ma) e a nord, dove si ha l’attività più recente nel Logudoro-Mejlogu (0,9 e 0,14 Ma) (Beccaluva et alii, 1985)
I primi studi petrografici e petrochimici relativi a questo ciclo risalgono ai primi decenni del secolo (Washington, 1915, Amstuz, 1925) ma è a partire dagli anni ‘70 che queste vulcaniti sono state studiate in dettaglio.
L’insieme dei prodotti, legati ad un vulcanismo intraplacca, è rappresentato essenzialmente da lave basaltiche da alcaline ad
alcaline-transizionali e subalcaline talvolta associati a prodotti più evoluti.
Le rocce basiche sono rappresentate da vulcaniti decisamente alcaline (basaniti, alcalibasalti, trachibasalti, hawaiiti) fino termini subalcalini con iperstene modale (Beccaluva et alii, 1975).
Oltre alle rocce basiche, che rappresentano i prodotti più importanti, in alcune aree compaiono prodotti sialici, come trachiti fonolitiche, tefriti fonolitiche, fonoliti tefritiche e fonoliti peralcaline (Montiferro e presso Macomer) (Beccaluva et alii, 1975)
La giacitura di queste vulcaniti, legate principalmente ad attività fissurale, si può collocare lungo lineazioni tettoniche con orientazione N-S o anche NE-SW.
Le colate e gli edifici vulcanici sono rappresentati da colate di modeste dimensioni associate a coni di scorie, modesti edifici isolati e plateaux basaltici di notevoli dimensioni; gli apparati vulcanici più complessi, che sono stati oggetto degli studi più importanti sono rappresentati dal M. Arci e dalMontiferro.
Il Montiferro, situato nella Sardegna centro-occidentale, è un complesso vulcanico con importanti centri di emissione tra cui il M.S.Antonio, costituito da un vulcano a scudo. Gli eventi eruttivi che caratterizzano questo importante centro eruttivo sono così rappresentati:
-effusioni di basaniti analcitiche seguite da una sedimentazione conglomeratica che testimonia un periodo di stasi accompagnato da probabile sollevamento ed erosione;
-fonoliti tefritiche confinate nella parte centrale; -duomi e flussi di trachiti fonolitiche e fonoliti; -lave basaltiche alcaline;
Il complesso di M.Arci, situato sul margine nord-orientale della Fossa del Campidano, alimentato da attività fissurale, è costituito da rocce basiche e acide che rappresentano duomi, colate e rari depositi piroclastici; i termini molto evoluti di questi prodotti arrivano fino composizioni riolitiche
I complessi vulcanici che costituiscono i plateaux basaltici (Campeda, Planargia, Abbasanta Planu Mannu; Orosei-Dorgali, giare della Marmilla), così come le aree interessate da piccole colate con associati coni di scorie, sono rappresentati da una attività eruttiva relativamente semplice rispetto ai complessi di M.Arci e Montiferro. Nella Sardegna centro-meridionale prevalgono i basalti subalcalini (Giara di Gesturi e Siddi, plateaux di Mogoro e di Orroli) mentre alcalibasalti, trachibasalti, hawaiiti e mugeariti sono rappresentati in piccoli affioramenti che spesso costituiscono piccole colate al di sopra degli espandimenti sub-alcalini, come per esempio i trachibasalti della Giara di Gesturi o le mugeariti del plateaux di Orroli; presso M.Fortuna (a N di Sardara) affiorano piccole colate laviche a composizione riolitica.
Nei plateaux di Abbasanta, Campeda e Planu Mannu affiorano basalti sub-alcalini mentre nel distretti di Orosei-Dorgali si hanno sia basalti sub-alcalini, ad affinità tholeiitica (Lustrino et alii, 2002), che trachibasalti e alcalibasalti.
I prodotti del Logudoro sono anch’essi rappresentati da prodotti in prevalenza alcalini costituiti da alcali e trachibasalti, hawaiiti (M.Pelao, Pozzomaggiore) e basaniti.
I prodotti che caratterizzano il vulcanismo plio-pleistocenico sono stati analizzati con maggiore dettaglio nella “Carta geopetrografica del vulcanismo pliocenico della Sardegna meridionale” di Assorgia et alii, 1983), dove sono state fatte distinzioni su base cronologica e composizionale.
Accanto ai prodotti vulcanici che tipicamente rappresentano il vulcanismo plio-pleistocenico spesso si associano filoni e neck generalmente della stessa composizione delle lave descritte (M.Arci, Montiferro).
I depositi analizzati all’interno di questo lavoro di tesi riguardano gli espandimenti lavici situati nella Sardegna centro-meridionale.
1.4. Obiettivo della tesi
Il lavoro di questa tesi è consistito in uno studio vulcanologico, geocronologico, petrografico e chimico dei principali prodotti appartenenti al ciclo oligomiocenico e al ciclo plio-pleistocenico affioranti nei fogli Villacidro, Senorbì e Mandas.
I depositi analizzati relativi al ciclo calcoalcalino sono situati all’interno dell’area dei fogli Villacidro e Senorbì e appartengono al distretto vulcanico di Monastir-Furtei che in parte occupa l’area dei due fogli.
I depositi che caratterizzano questo distretto, che verranno analizzati con maggiore dettaglio nei capitoli successivi, sono rappresentati da prodotti lavici e piroclastici con chimismo variabile da basico ad acido (Assorgia et alii, 1994)
Nel medesimo settore affiorano inoltre depositi sedimentari pre-rift, sin-rift e post-rift, sia continentali che marini, la cui età è compresa tra l’Eocene inferiore ed il Miocene medio.
Le successioni terziarie giacciono sopra un basamento paleozoico epimetamorfico.
L’area di studio delle vulcaniti oligo-mioceniche ha riguardato soprattutto il settore di Serrenti-Furtei (foglio Villacidro) e alcuni depositi del foglio Senorbì situati nelle aree adiacenti al distretto.
L’area di studio del distretto di Serrenti-Furtei è resa più difficoltosa dalla presenza di abbondanti alterazioni dovuta soprattutto a fenomeni di intensa caolinizzazione (Marini et alii, 1992).
I depositi del ciclo plio-pleistocenico studiati sono collocati tutti all’interno del Foglio Mandas, sono rappresentati dagli affioramenti di M.Pizzu Mannu e Pranu Ollas, M.Guzzini, Giara d Serri, Settore di Nurri-Orroli e dalla porzione orientale della Giara di Gesturi.
Sono stati esaminati in campagna i principali affioramenti delle unità cartografate descrivendone le caratteristiche giaciturali con l’obiettivo di chiarire l’origine dei depositi.
Sono stati selezionati tre campioni rappresentativi di alcune unità ed eseguite datazioni radiometriche con il metodo 39Ar/40Ar.
Sono state inoltre esaminate 137 sezioni sottili ed eseguite 38 analisi chimiche su campioni freschi.
L’insieme del lavoro ha contribuito a caratterizzare le vulcaniti affioranti in questo settore della Sardegna.
