Evoluzione tettonica-sedimentaria della piattaforma Toscana: studio sismo-stratigrafico delle successioni Neogeniche nel Tirreno settentrionale (isola d?Elba-Argentario)

Questo lavoro di tesi si concentra sull’interpretazione di un dataset di profili sismici a riflessione acquisiti durante gli anni ‘70 nell’area del Mar Tirreno Settentrionale compresa tra l’isola d’Elba a Nord e il promontorio dell’Argentario a Sud, attraverso l’utilizzo dei software MidlandValley Move e KogeoSeismic Toolkit, che hanno permesso di effettuare analisi bidimensionali e tridimensionali dei profili e di costruire modelli 3D delle principali strutture caratterizzanti la piattaforma Toscana. Grazie all’utilizzo di dati stratigrafici provenienti dai pozzi esplorativi Martina-1 e Mimosa-1 e dalla geologia di terreno dell’isola di Pianosa, unitamente all’analisi dei profili sismici e ai dati derivanti dallo studio bibliografico, è stata ricostruita la successione sismostratigrafica dell’area di studio. Sono state quindi individuate e descritte otto unità sismostratigrafiche separate da altrettante unconformities. Queste unità sismostratigrafiche sono composte da sei unità post-orogeniche (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe e Pq) che costituiscono la successione Neogenica di copertura della piattaforma Toscana, e due unità più profonde Sub 1 e Sub 2 che costituiscono il basamento pre-Neogenico. Attraverso l’analisi dei profili sismici è stata definita l’architettura strutturale della piattaforma Toscana, le cui strutture principali sono rappresentate dai bacini Neogenici di Montecristo, di Punta Ala e dell’Uccellina, che si sviluppano lungo le direttrici N-S a NE-SW, al cui interno si depositano le unità sismostratigrafiche post-orogeniche. Il contributo principale del presente lavoro di tesi è la ricostruzione dell’evoluzione tettonico-sedimentaria della piattaforma Toscana con particolare riferimento ai bacini e alla loro relazione con le precedenti strutture compressive, costituite da thrust Est vergenti legati ai processi di strutturazione della catena nel settore Tirrenico. Sono stati quindi identificati e descritti diversi sistemi di faglie normali costituiti da faglie a medio-alto angolo con direzione prevalentemente N-S e NE-SW ed immersione sia verso Ovest che verso Est, la cui attivazione e disattivazione ha guidato lo sviluppo dei bacini Neogenici, mentre non sono state osservate sistemi di faglie normali listriche e a basso angolo. Sulla base dei risultati ottenuti dall’analisi dettagliata dei profili sismici e dai modelli 3D da essi ottenuti è stato proposto un modello evolutivo della piattaforma Toscana. La formazione dei bacini Neogenici dovuta ai processi tettonici estensionali all’interno dell’intera piattaforma Toscana è iniziata nel Burdigaliano superiore. I bacini costituiscono inizialmente dei bacini intermontani che si sviluppano lungo i fianchi delle antiformi derivanti dalla precedente tettonica compressiva. La posizione iniziale dei bacini, sul forelimb o sul backlimb delle antiformi da thrust, influisce sulla forma rispettivamente asimmetrica o simmetrica con la quale i bacini si sviluppano. Dal Messiniano si assiste ad un generale collasso verticale della piattaforma che porta all’approfondimento dei bacini guidati dalle faglie normali bordiere ad alto angolo. Questo processo prosegue fino al Pliocene inferiore, momento in cui viene registrata la disattivazione di tutte le faglie normali e in tutta la piattaforma si assiste a condizioni di subsidenza diffusa con la deposizione delle due unità sismostratigrafiche post-orogeniche (Pe, Pq) più superficiali. Questo lavoro di tesi rivede quindi l’evoluzione tettonica del Tirreno settentrionale e i modelli estensionali precedenti proposti, mettendo in discussione sia i meccanismi fino ad ora considerati come responsabili dei processi estensionali che le strutture ad essi associate, e ponendosi come nuovo punto di partenza per lo sviluppo di diversi lavori futuri atti a rafforzare e completare il modello. This thesis focuses on the interpretation of a dataset of reflection seismic profiles acquired during the 1970s in the area of the Northern Tyrrhenian Sea between the Elba Island and the Argentario promontory, by means of the MidlandValley Move and KogeoSeismic Toolkit software. This allowed to carry out two-dimensional and three-dimensional analyses of the profiles and to build 3D models of the main structures characterizing the Tuscany platform. The use of stratigraphic data from the Martina-1 and Mimosa-1 exploration wells and from the ground geology of the island of Pianosa, together with the analysis of the seismic profiles and the data deriving from the bibliographic study, enabled the reconstruction of the seismic stratigraphic succession of the area. We identified and described eight seismostratigraphic units separated by eight unconformities. Among these seismostratigraphic units, there are six post-orogenic units (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe and Pq) representing the Neogenic succession covering the Tuscan platform, and two deeper Sub 1 and Sub 2 units representing the pre-Neogenic foundation. The analysis of the seismic profiles allowed to define the structural architecture of the Tuscany platform. The main structures of this platform are the Neogenic basins of Montecristo, Punta Ala and Uccellina, which extend along N-S and NE-SW trajectories and within which the post-orogenic seismostratigraphic units are deposited. The main contribution of this thesis work is the reconstruction of the tectonic-sedimentary evolution of the Tuscan platform, with specific reference to the basins and their relationship with previous compressive structures consisting of East thrust verges linked to the chain structuring processes in the Tyrrhenian sector. Several normal fault systems were identified and described, which consist of medium-high angle faults with predominantly NS and NE-SW direction and immersion both towards West and East, whose activation and deactivation drove the development of Neogenic basins. No normal listric and low angle fault systems were observed. Based on the results obtained from the detailed analysis of the seismic profiles and from their 3D modeling, an evolutionary model of the Tuscany platform was proposed. The formation of the Neogenic basins, resulting from of the extensional tectonic processes within the entire Tuscan shelf, began in the upper Burdigalian. The basins initially constitute intermontane basins developing along the flanks of the antiforms that derive from previous compressive tectonics. The initial position of the basins, over the forelimb or the backlimb of the thrust antiforms, influences the (respectively) asymmetrical or symmetrical shape along which the basins develop. Starting from the Messinian, there is a general vertical collapse of the platform, which leads to the deepening of the basins driven by the normal high-angle border faults. This process continues up to the lower Pliocene, when the deactivation of all normal faults is recorded, and conditions of widespread subsidence are witnessed throughout the platform together with the deposition of the two more superficial post-orogenic seismostratigraphic units (Pe, Pq). This thesis thus (i) reviews the tectonic evolution of the northern Tyrrhenian Sea and the previous extensional models proposed, (ii) questions both the mechanisms so far presented as responsible for the extensional processes, as well as the structures associated with them, and (iii) establishes a new starting point for the development of future work aimed at strengthening and completing the model