Geologia del basamento metamorfico nel campo geotermico di Larderello: area di Monterotondo

Studiare geologicamente campi e sistemi geotermici ha sempre destato molto interesse, sia per gli aspetti scientifici sia per quelli industriali. I fluidi geotermici sono utilizzati per la produzione di energia elettrica e per il teleriscaldamento. La conoscenza geologica dei processi metamorfici ed idrotermali, legati alla messa in posto di corpi intrusivi, risulta il primo passo per determinare caratteristiche industrialmente utili quali: grado e meccanismi di fratturazione, interconnessione tra tali fratture e la presenza di vapore, temperature e pressioni industrialmente sfruttabili. La storia geologica dell’Appennino settentrionale è alquanto complicata. Nel corso degli anni, sia nel mondo dell’industria sia nel mondo accademico, si sono susseguite varie scuole di pensiero che hanno prodotto interpretazioni e modelli concettuali diversi, rendendo talvolta ancora più complicato un panorama geologico già di per sé molto articolato. In Toscana meridionale, oltre alle deformazioni polifasiche di età alpina, sono state documentate in letteratura evidenze di eventi termometamorfici tardo alpini (pliocenici-quaternari) legati alla messa in posto di corpi intrusivi granitici (Provincia Magmatica Toscana). Il campo geotermico di Larderello – Travale ricade in questa situazione geologica. Questo lavoro di tesi consiste nell’applicazione di analisi petrografiche e microstrutturali sui cutting e/o carote provenienti da 4 pozzi ubicati nell’area di Monterotondo Marittimo nel margine meridionale del campo geotermico di Larderello - Travale. Tali sondaggi (M_22, M_22A, M_23BIS_R1 M_22B) sono stati perforati nell’arco di quasi 20 anni (2002-2019). Il lavoro è basato principalmente sullo studio analitico della litostratigrafia di pozzo mediante l’analisi di associazioni mineralogiche e l’utilizzo di facies metamorfiche e di rapporti mineralogici. Scopo finale di tale lavoro è quello di contribuire a migliorare la comprensione dei meccanismi legati al metamorfismo e alla circolazione idrotermale all’interno del campo geotermico. La sequenza litostratigrafica del Complesso Metamorfico Toscano, che rappresenta nella porzione inferiore l’incassante delle intrusioni granitiche, è rappresentata dall’alto verso il basso dai seguenti complessi: Zona delle Scaglie; Complesso Filladico; Complesso degli Scisti; Complesso degli Scisti Macchiettati e Complesso degli Hornfels. All’evento termico, che caratterizza in modo intenso le tessiture, le strutture e le associazioni mineralogiche soprattutto dei complessi più profondi, è associato un evento tardo magmatico di circolazione idrotermale. Tale lavoro, oltre alla ricostruzione delle colonne litostratigrafiche dei quattro sondaggi, ha permesso lo studio di un’intera aureola di contatto; dalle facies di più basso grado metamorfico fino a condizioni migmatitiche di fusione parziale al contatto con il complesso intrusivo. Complesso intrusivo che mostra evidenze di almeno due pulsazioni magmatiche di messa in posto e strutture di forma complessa non riconducibili ad un unico grande corpo granitico. La litostratigrafia proposta in questo lavoro è confermata dalla correlazione con i dati geofisici di gamma ray log. Geologically studying geothermal fields and systems is always of great interest, both for scientific and industrial aspects. Geothermal fluids are managed for the production of electricity and for district heating. The geological knowledge of metamorphic and hydrothermal processes, connected to the repositioning of intrusive bodies, is the first step in determining industrially useful characteristics such as: degree and fracturing mechanisms, interconnection between these fractures and the presence of steam, temperature and industrial pressures exploitable. The geological history of the Northern Apennines is somewhat complicated. Over the years, both in the world of industry and in the academic world, various schools of thought have followed that have produced different interpretations and conceptual models, making an already very complex geological panorama even more complicated. In southern Tuscany, in addition to the polyphasic deformations of the Alpine age, evidence of late alpine (Pliocene-Quaternary) thermometamorphic events related to the replacement of granitic intrusive bodies (Magmatic Province of Tuscany) has been documented in the literature. The Larderello – Travale geothermal field falls into this geological situation. This thesis work involves the application of petrographic and microstructural analysis on cutttings and / or cores from 4 wells located in the Monterotondo Marittimo area in the southern edge of the Larderello - Travale geothermal field. These surveys (M_22, M_22A, M_23BIS_R1 M_22B) have been drilled over nearly 20 years (2002-2019). The work is mainly based on the analytical study of well lithostratigraphy through the analysis of mineralogical associations and the use of metamorphic facies and mineralogical relationships. The final purpose of this work is to improve the understanding of the mechanisms connected to metamorphism and hydrothermal circulation within the geothermal field. The lithostratigraphic sequence of the Tuscan Metamorphic Complex, which represents the incentive of the granite intrusions in the lower portion, is represented from top to bottom by the following complexes: Tectonic sheet; Phyllite complex; Schist complex; Spotted Schist Complex and Hornfels Complex. The entire thermal event, which intensely characterizes the texture, structures and mineralogical associations especially of the deepest complexes, is associated with a magmatic event of hydrothermal circulation. This work, in addition to the reconstruction of the lithostratigraphic columns of the four wells, has allowed the study of an entire metamorphic aureole; from low metamorphic conditions to migmatitic conditions of partial fusion upon contact with the intrusive complex. Intrusive complex that shows evidence of at least two magmatic pulsations of granitic placement and complexes structures that cannot be traced and a single large granite body. The lithostratigraphy proposed in this work is confirmed by the correlation with the geophysical data of gamma ray log