MECCANISMI DI DEFORMAZIONE IN ROCCE CARBONATICHE STRATIFICATE: IMPLICAZIONI PER LA CIRCOLAZIONE DEI GEOFLUIDI

In this paper we carried out a qualitative and quantitative analysis of the structural elements that characterize the carbonate succession outcrops in the external chain area of western Sicily (Monte Maranfusa and Montagna Grande), and in the foreland area in south-eastern Sicily (Hyblaean Mounts). The petrophysical properties of carbonate rocks (porosity, permeability), are closely linked to their diagenetic evolution and they change following the nature, the organization and the structure of their constituent elements (grains, pores, cement, minerals, etc..). These properties are also strongly influenced by the nature of tectonic discontinuities, consisting primarily of cracks, veins, pressure solution and fault zones (CAINE ET AL., 1996; EVANS ET AL., 1997; BOUR & DAVY, 1998; AYDIN, 2000), affecting the different carbonate lithologies. Through the analysis of scaling properties of some structural elements (joint) that characterize three carbonate rocks different in age, lithology, petrophysical and compositional features and deformation history (limestones and dolomitic limestones with algae and bivalve – Inici Fm. of Lias age; marly limestones with planktonic foraminifera – Amerillo Fm. of Late Cretaceous time ; grainstones/packstones with macro-foraminifera – Ragusa Fm. of Miocene time), we have tried to provide some elements useful to understand the deformation processes affecting carbonate layered rock outcrops in different tectonic settings, and the possible implications in the mechanisms of geofluid migration and storage. GEOLOGICAL AND STRUCTURAL SETTING In the three studied areas a geological-structural analysis has been conducted. This analysis aimed to define the main characteristics of the three outcrops. The three areas are located in different tectonic settings: i) the two outcrops in western Sicily (Monte Maranfusa and Montagna Grande) are placed in the external chain area; ii) the outcrop in south-eastern Sicily (south-central Hyblean plateau), is located in the foreland area. The pre-orogenic successions of pelagic carbonate platform, which can be referred to the western portions of the Hyblean Pelagian domain, widely outcrop in western Sicily. These successions, since Late Oligocene, are partially involved in the chain building process. These thick carbonate successions are well exposed as structural highs, bounded by strike-slip faults and transpressive structures leading to flower structures as for the Monte Maranfusa, or bounded with thrust faults putting them in contact with the Oligo-Miocene terrigenous deposits (Montagna Grande). The Hyblean plateau represents the emerged portion of the Pelagian Block, the northernmost headland of the African foreland. The outcropping successions and the deeper successions, known only from well data, lead to a thick Meso-Cenozoic carbonate sequence mainly affected by repeated basic volcanic rocks intercalations and by numerous faults. Generally, Hyblaean Mounts represent a morphostructural high ground, NE-SW oriented. Its south-central sector is represented by the Ragusa plateau s.s., a carbonate horst, NNE-SSW oriented, crosscut by a large-scale strike-slip fault system, named Scicli-Ragusa (GHISETTI & VEZZANI, 1980). The geological survey made possible to delineate the lithological and structural features of the three studied areas. In the area of Monte Maranfusa in an inactive quarry it was possible to observe the entire Mesozoic pelagic-carbonate succession. In this area, the study focused on the limestone and dolomitic limestone with algae and bivalve of the Inici Fm. (Hettangian-Sinemurian). In the area of Montagna Grande the presence of two abandoned quarries on its north-east flank, made possible to study the marly limestones with planktonic foraminifera of the Fm. Amerillo Fm. (Upper Cretaceous.). In the south-central Hyblean plateau the study concerned two members of Fm. Ragusa: the wackestones intercalated with marl-rich mudstones of the Leonardo Mb. (Upper Oligocene); the graistone/packstone intercalated with thin marly limestone of the lower portion of the Irminio Mb. (Aquitanian-Lower Burdigalian); and the grainstone/packstone and marly limestones of the middle portion of the Irminio Mb. (Upper Burdigalian-Lower Langhian). PETROPHYSICAL PROPERTIES For each of the three studied formations, blank rock samples have been collected. Oriented thin sections were obtained from various samples, which have been observed by optical microscope, and subsequently processed with an image analysis program (Image J), in order to study the petrophysical characteristics (porosity). The microscopic observations of thin sections have showed, in the Inici Fm. carbonates, a grain-to-mud supported texture (wackestone-packstone) and an abundance of fossil (mainly calcareous algae and benthic foraminifera), which lead to suppose a moderately open lagoon depositional environment. In addition, the rich amount of secondary concrete in the faenestral structures and in the cavities of fossils, shows the subaerial exposure of these carbonates. Thin sections obtained from Fm. Amerillo show a very fine particle size, with few clasts consisting in planktonic foraminifera shells/fragments of shells drowned in a carbonate matrix (wackestone). The lithological and petrographic features of the rock point out a deep sea depositional environment, characterized by low energy, due to an area of connection between the platform and the adjacent basin. Otherwise, in the foreland area, the lithological and petrographic characteristics of two members of Fm. Ragusa lead to hypothesize an outer ramp depositional environment. The results of the observations made by microscope show a matrix-supported texture in both sides. The results of the evaluation performed by Image J, on the photographs of thin sections obtained from some samples of rock, shown that the porosity values of the Ragusa Fm. are much higher (at least an order of magnitude) than Inici Fm. and Amerillo Fm. ones. The average porosity, however, appear to be very low in all of the three Formations, with a variability that ranges from a minimum value of 0.02% in Amerillo Fm., to a maximum value of 4.25% in the lower part of the Irminio Mb. (Ragusa Fm.). STRUCTURAL ANALYSIS The pelagic-carbonate succession of Monte Maranfusa is dissected by a system of Neptunian dikes as a result of the Jurassic extensional phase, which has dissected the northern margin of the African plate. These dykes crosscut the deposits of the Inici Fm. and are often associated with fault planes that, in the course of time, have dissected the sequence involving younger sediments. On the basis of their orientation, we identified four main sets of Neptunian dykes: i) NW-SE, ii) NE-SW iii) N-S iv) E-W. The analysis of the infill of the various dikes has allowed the identification of sediments of different ages. On the basis of the characteristics of the infill, two main kind of structures can be distinguished. A first kind is constituted by dikes which present a homogeneous infilling, while the second type presents fills that appear to be zoned in parallel to the thickness of each dykes. The displacement occurred in some of the studied dikes, shown by the dislocation of marker layer and by the analysis of kinematic indicators, together with the age of the infills, allowed us to assume the succession of different infilling stages related to different tectonic episodes. In the area of Montagna Grande, the marly limestones of Amerillo Fm. have been affected by two sets of stylolites: one set is parallel to the bedding (with few degrees of inclination), and other one with greater inclinations (from 20° to 40°) having an approximately NW-SE direction. The stylolites belonging to the second sets are probably related to tectonic compression in the Oligo-Miocene, endorsed by the thrust faults bordering the carbonate relief and the low-angle inverse faults. The NW-SE stylolites set seems to be kinematically compatible with the direction of the thrust, suggesting a tectonic transport direction oriented towards south and southwest (NIGRO & RENDA, 2002b). The normal faults in the area have been divided into two main families depending on their angle of inclination: low-angle normal faults (inclination <30°) and high-angle normal faults (inclination > 45°). The first family shows two azimuth directions: i) approximately NE-SW and ii) approximately EW. These structures would be compatible with a post-orogenic extensional phase documented by several authors (GIUNTA ET AL, 2002A; GIUNTA ET AL., 2002B; NIGRO & RENDA, 2002B). The high-angle normal faults seem to be related to a pre-orogenic transtensional phase of Cretaceous age, which can be found in all western Sicily (NIGRO & RENDA, 2002b) by a synsedimentary tectonics which produced thick deposits of megabreccias along the areas of connection between carbonate platforms and pelagic basins (ABATE ET AL., 1982; CATALANO & D’ARGENIO, 1978–1982; NAPOLI ET AL., 2012; TORTORICI ET AL., 2001). Finally, the presence of clear kinematic indicators show a strike-slip displacement on some NE-SW trending faults, which indicate a Plio-Pleistocene tectonics phase. In the Hyblean area, the surveys have led to identify two main sets of faults : i) approximately N-S , ii) approximately NE -SW. A third set, hardly present in the studied area, was approximately E-W/NW-SE oriented. Measuring geological offsets and analyzing kinematics indicators, we have identified four kinds of faults characterized by different architectures: ( i) "Incipient Faults"; ( ii) "Small Faults”; ( iii) "Medium Faults”; ( iv) "Major Faults". "Incipient Faults" consist of sheared pre-existing fractures, mostly joint. "Small Faults” are made up of through-going slip surfaces and isolated and discontinuous fault breccias. "Medium Faults” contain thin but discontinuous fault breccias and, more rarely, cataclasis. Finally, "Major Faults" are characterized by a well-developed fault core consisting of cataclasis and several main slip surfaces. The fault core are delimited laterally by thick and well developed damage zones. The main orientations of normal faults appear to be compatible with the stress field (horizontal σ1, approximately NE-SW oriented) determined by crustal spreading that, starting from the Messinian, has affected the area of the Sicily Channel, which has led to the formation of Pantelleria rift (BIANCHI ET AL., 1987; BEN-AVRAHAM & GRASSO, 1990; REUTHER ET AL., 1993). Also the main set of right-lateral aults (NNE-SSW and NE-SW) and the E-W trending left-lateral fault are compatible with the same stress field. In contrast, the NE-SW trending left-lateral fault, could be related to the actual field stress (horizontal σ1 approximately NW-SE oriented) due to the progressive development of the front of the chain on the Maghrebid foreland areas (CATALANO ET AL., 2008; ROMAGNOLI ET AL., 2008). FRACTURE ANALYSIS AND SCALING PROPERTY OF JOINT Away from the major fault zones, in the three formations were performed three scans line parallel to the bedding in layers with different thickness. The resulting data were processed by Windows Excel, in order to obtain a statistical indication of the possible mechanical control exercised by each layer on the formation and development of tectonic discontinuities. Within the three formations studied, the presence of two sets of joint has been detected: these set are perpendicular to the layers and, more or less orthogonal between them. The process of formation of the two sets of joint are different in the three Formation according to the different deformational history they went through. There is not a clear connection between the fracturing density ( FD ) - the number of fractures per meter - of the studied rock and the thickness of each layers. Contrarily, it seems that the fracturing density and the tectonic position of the different Formations within the chain are linked. Generally, the Amerillo Fm. and the Inici Fm. show higher values of FD than the three rock types of Ragusa Fm. This evidence can be due to the different deformation history of the two areas, which all over the time have been affected by different tectonic events characterized by different deformation intensity and different deformation modes. The distribution of fractures within the carbonate formations, is also controlled by the petrophysical properties of the rock. The saturation values (S/T) obtained in the three studied Formation, do not show a strictly correlation with the tectonic position of the outcrop. On the other hand, they suggest a possible control exerted by the rock compositions, the grain size values and the porosity on the joint spacing. As a matter of fact, the joints which are perpendicular to the bed, seem to be less spaced in rock types having a lower porosity (excluding the Amerillo Fm.). This conclusion does not differ from the results of BAI & POLLARD (2000a), who demonstrated that the spacing of the joint perpendicular to the layers is inversely proportional to the stiffness (Young's modulus, E) of the rock. The inverse relationship between the rock stiffness and the fractures spacing, as reported by RUSTICHELLI ET AL. (2013) also explains the increased spacing observed in Amerillo Fm., in spite of very low porosity values, which could be due to the presence of marl component, reducing stiffness, in the rock. Similarly, the abundant presence of concrete in Inici Fm. could explain the very low values of S/T, as indicated by the same authors. Finally, the data referring to the fractures connectivity observed in the three Formations have shown as within the Leonardo Mb. isolated fractures prevail, while the Irminio Mb. is mainly characterized by coupled or interconnected fractures. The same thing can be said for both the Amerillo Fm. and Inici Fm., with a prevalence of interconnected fractures in the first one. In terms of migration of geofluid, it means that in the layers of the Leonardo Mb. the ideal conditions for the migration of geofluid are not created, while they are favored in both the Irminio Mb. and the other two studied Formations. Furthermore, the fault zones architecture can play an important role in geofluids migration and/or accumulation. In function of the characteristics elements of a fault zone (core zone, damage zone) , the fault can act either as a barrier or as a conduit, favoring or not the circulation of geofluids within the carbonate rock.

Nel presente lavoro è stata condotta un’analisi quali/quantitativa degli elementi strutturali che caratterizzano alcuni affioramenti carbonatici presenti nella zona di catena esterna della Sicilia occidentale (Monte Maranfusa e Montangna Grande), e nella zona di avampaese in Sicilia sud-orientale (Monti Iblei). Le proprietà petrofisiche delle rocce carbonatiche (porosità, permeabilità), sono strettamente legate all’evoluzione diagenetica di quest’ultime e cambiano in funzione della natura, dell’organizzazione e della forma degli elementi che le costituiscono (grani, pori, cemento, minerali, ecc.). Tali proprietà sono inoltre fortemente condizionate dalla natura delle discontinuità tettoniche, costituite principalmente da crack, vene, stiloliti e zone di faglia (CAINE ET AL., 1996; EVANS ET AL., 1997; BOUR & DAVY, 1998; AYDIN, 2000), che interessano i differenti litotipi carbonatici. Attraverso l’analisi delle proprietà scalari di alcuni elementi strutturali (joint) che caratterizzano tre litotipi carbonatici diversi per età, litologia, caratteristiche petrofisiche e composizionali nonché storia deformativa (calcari e calcari dolomitici ad alghe e molluschi –Fm. Inici di età infraliassica; calcilutiti e calcilutiti marnose a foraminiferi planctonici – Fm. Amerillo del Cretaceo superiore; calciruditi e calcareniti a macroforaminiferi – Fm. Ragusa di età miocenica), si è cercato di fornire elementi utili alla comprensione dei processi deformativi che interessano ammassi rocciosi carbonatici stratificati presenti in differenti contesti tettonici, e delle eventuali implicazioni nei meccanismi di circolazione/accumulo dei geofluidi. ASSETTO GEOLOGICO-STRUTTURALE Nei tre siti studiati è stata condotta un’analisi geologico-strutturale volta alla definizione delle caratteristiche principali dei tre affioramenti. Le tre aree si trovano in differenti contesti tettonici: i) zona di catena esterna i due affioramenti in Sicilia occidentale (Monte Maranfusa e Montagna Grande) e ii) zona di avampaese l’affioramento in Sicilia sud-orientale (altopiano ibleo centromeridionale). In Sicilia occidentale affiorano diffusamente le successioni di piattaforma carbonatico-pelagica preorogeniche, riferibili alle porzioni occidentali del Dominio Ibleo Pelagiano, che a partire dall’Oligocene superiore vengono parzialmente coinvolte nella formazione della catena. Queste potenti successioni carbonatiche sono ben esposte, sotto forma di alti strutturali, delimitate da faglie trascorrenti e transpressive che danno luogo a strutture di espulsione (flower structures) come nel caso di Monte Maranfusa, o bordati da superfici di sovrascorrimento o faglie che le mettono a contatto con i depositi terrigeni Oligo-Miocenici (Montagna Grande). Il plateau ibleo rappresenta la parte emersa del Blocco Pelagiano, il promontorio più settentrionale dell’avampaese africano. Le successioni affioranti e quelle più profonde, conosciute solo da dati di pozzo, danno vita ad una potente sequenza meso-cenozoica prevalentemente carbonatica interessata da ripetute intercalazioni di vulcaniti basiche e dalla presenza di numerose faglie. Gli Iblei nel loro complesso rappresentano un alto morfostrutturale allungato in senso NE-SO. Il suo settore centromeridionale è rappresentato dall’altipiano ragusano s.s. un horst prevalentemente carbonatico allungato in direzione NNE-SSW dissecato nella porzione centrale da una zona di taglio trascorrente nota in letteratura come “Scicli-Ragusa” (GHISETTI & VEZZANI, 1980). Il rilievo geologico di campagna ha consentito di delineare le caratteristiche litologiche e strutturali peculiari dei tre siti studiati. A Monte Maranfusa in corrispondenza di una cava in disuso è stato possibile osservare l’intera successione carbonatico-pelagica Mesozoica. In quest’area lo studio si è concentrato sui calcari e calcari dolomitici ad alghe e molluschi della Fm. Inici (Hettangiano-Sinemuriano). A Montagna Grande la presenza di due cave abbandonate sul versante nord-orientale del rilievo ha permesso di studiare le calcilutiti e calcilutiti marnose a foraminiferi planctonici della Fm. Amerillo (Cretaceo Sup.). Mentre nell’altipiano ibleo centromeridionale lo studio è stato condotto sui due membri della Fm. Ragusa: le calcisiltiti alternate a marne e calcari marnosi del M.bro Leonardo (OLIGOCENE SUP.); le calcareniti e calciruditi alternate a livelli calcari marnosi della porzione inferiore del M.bro Irminio (Aquitaniano-Burdigaliano Inf.); e l’alternanza di calcareniti e calcari marnosi della porzione mediana del M.bro Irminio (Burdigaliano Sup.-Langhiano Inf.) PROPRIETÀ PETROFISICHE Per ognuna delle tre formazioni studiate sono stati raccolti dei campioni di roccia indisturbati. Sono state ricavate delle sezioni sottili orientate dai vari campioni, le quali sono state studiate al microscopio ottico e, successivamente, processate con un programma di image analysis (Image J), al fine di studiarne le caratteristiche petrofisiche (porosità). Le osservazioni al microscopio delle sezioni sottili hanno evidenziato nei carbonati della Fm. Inici una tessitura da grano a fango-sostenuta (wackestone-packstone) ed un abbondante presenza di fossili (soprattutto alghe calcaree e foraminiferi bentonici), che inducono ad ipotizzare un ambiente deposizionale di laguna moderatamente aperta, in prossimità della piana tidale. Inoltre l’abbondante quantità di cemento secondario riscontrato all’interno delle cavità fenestrali e dei fossili calcarei, testimonia l’esposizione subaerea dei suddetti carbonati Le sezioni sottili ricavate dalla Fm. Amerillo mostrano una granulometria molto fine, con pochi clasti costituiti da gusci/frammenti di gusci di foraminiferi planctonici di dimensioni maggiori immersi in una matrice carbonatica (wackestone). Le caratteristiche litologiche e petrografiche della roccia indicano un’ambiente deposizionale di mare profondo, caratterizzato da scarsa energia del moto ondoso, riconducibile ad un’area di raccordo tra la piattaforma e l’adiacente bacino. Mentre nell’area di avampaese le caratteristiche litologiche e petrografiche dei due membri della Fm. Ragusa inducono ad ipotizzare un’ambiente deposizionale di rampa esterna. I risultati delle osservazioni effettuate al microscopio indicano una tessitura matrice-sostenuta in entrambi i membri.. I risultati del calcolo eseguito, mediante Image J, sulle fotografie delle sezioni sottili ricavate dai campioni di roccia hanno mostrato come i valori di porosità calcolati all’interno dei campioni della Fm. Ragusa sono molto più alti (almeno un ordine di grandezza) rispetto a quelli calcolati nei campioni della Fm. Inici e della Fm. Amerillo. Le porosità medie, comunque, risultano essere molto basse in tutte e tre le Formazioni, con un range di variabilità che va da un minimo 0,02% nella Fm Amerillo a un massimo di 4,25% nella parte inferiore del M.bro Irminio (Fm. Ragusa). ANALISI STRUTTURALE La successione carbonatico-pelagica di Monte Maranfusa è dissecata da un sistema di dicchi nettuniani prodotti durante la fase estensionale Giurassica, la quale ha smembrato il margine settentrionale della placca africana. Tali dicchi attraversano i depositi della Formazione Inici e sono spesso associati a piani di taglio che, nel tempo, hanno dissecato la successione coinvolgendo sedimenti più recenti. Sulla base delle giaciture, sono state individuate quattro famiglie principali di dicchi nettuniani: i) NW-SE, ii) NE-SW; iii) N-S; iv) E-W. L’analisi dei riempimenti dei diversi dicchi ha permesso d’identificare sedimenti di diverse età. Sulla base delle caratteristiche dei riempimenti, possono essere distinti due tipologie principali di strutture. Una prima tipologia è costituita da dicchi che presentano un riempimento omogeneo, mentre la seconda tipologia presenta invece riempimenti che appaiono essere polifasici e zonati parallelamente allo spessore dei singoli dicchi. I movimenti avvenuti lungo alcuni dei dicchi studiati, desunti dalla dislocazione di strati guida e dall’analisi degli indicatori cinematici, unitamente alle età dei riempimenti di cui sopra hanno permesso di ipotizzare il susseguirsi di diverse fasi di riempimento legate a diversi episodi tettonici. Nell’area di Montagna Grande, le calcilutiti e caliciluti marnose della Formazione Amerillo (Scaglia) sono state interessate da due set di stiloliti: uno parallelo alla stratificazione (con inclinazioni di pochi gradi), un altro con inclinazioni maggiori (da 20° a 40°) con direzione circa NW-SE. Le stiloliti appartenenti a quest’ultimo set sono probabilmente legate alla tettonica compressiva Oligo-miocenica testimoniata nell’area dai sovrascorrimenti che bordano il rilievo carbonatico e dalle superfici di taglio a basso angolo caratterizzate da cinematica inversa. La direzione del set NW-SE di stiloliti sembra essere compatibile cinematicamente con la direzione dei sovrascorrimenti, i quali suggeriscono una direzione del trasporto tettonico verso sud e sudovest (NIGRO & RENDA, 2002b). Le faglie a cinematica diretta riscontrate nell’area sono state suddivise in due famiglie principali sulla base degli angoli d’inclinazione: faglie dirette a basso angolo (inclinazione < 30°) e faglie dirette ad alto angolo (inclinazione > 45°). Le prime mostrano due direzioni azimutali principali: i) circa NE-SW e ii) circa E-W. Queste strutture sarebbero compatibili con una fase estensionale post-orogenetica documentata da diversi autori (GIUNTA ET AL, 2002a; GIUNTA ET AL., 2002b; NIGRO & RENDA, 2002b). Le faglie dirette ad alto angolo sembrano invece essere legate ad una fase transtensionale pre-orogenica di età Cretacica, la quale è testimoniata in tutta la Sicilia occidentale (NIGRO & RENDA, 2002b) da una tettonica sinsedimentaria che ha prodotto spessi depositi di megabrecce lungo le aree di raccordo tra piattaforme carbonatiche e i bacini pelagici (ABATE ET AL., 1982; CATALANO & D’ARGENIO, 1978–1982; NAPOLI ET AL., 2012; TORTORICI ET AL., 2001). Infine, la presenza di chiari indicatori cinematici di trascorrenza su alcune superfici di taglio orientate NE-SW che dislocano le suddette strutture indicano una fase tettonica trascorrente di età Plio-pleistocenica. Nell’area iblea il rilevamento strutturale realizzato sul terreno ha permesso di individuare due set principali di faglie: i) faglie circa N-S; ii) faglie circa NE-SW. Un terzo set, poco presente nell’area di studio, è orientato circa E-W/NW-SE. Sulla base delle lunghezza e dei rigetti, sono state caratterizzate 4 tipologie di faglie caratterizzate da architetture differenti: (i) “Faglie incipienti”, (ii) “Faglie piccole”, (iii) “Faglie medie” e (iv) “Faglie grandi”. Le “Faglie incipienti” sono costituite da fratture preesistenti, perlopiù joint, andati in taglio.. Le “Faglie piccole” sono formate da nuclei di faglia (core) isolati e discontinui costituiti da breccia di faglia attraversati da piccole superfici di taglio. Le “Faglie medie” risultano essere caratterizzate da sottili core con andamento discontinuo formati da brecce di faglia o, più raramente, da cataclasiti. Infine, le “Faglie maggiori” sono caratterizzate da un fault core ben sviluppato costituito da cataclasiti e da numerose superfici principali di taglio. I fault core sono delimitati lateralmente da damage zone spesse e ben sviluppate. Le orientazioni principali delle faglie normali sembrano essere compatibili con il campo di stress (σ1 orizzontale orientato circa NE-SW) determinato dallo spreading crostale che, a partire dal Messiniano, ha interessato l’area del Canale di Sicilia e che ha portato alla formazione del rift di Pantelleria (BIANCHI ET AL., 1987; BEN-AVRAHAM & GRASSO, 1990; REUTHER ET AL., 1993). Anche i principali set di faglie aventi una cinematica trascorrente destra (NNE-SSW e NE-SW) e sinistra (E-W) sono compatibili con lo stesso campo di stress. Al contrario, il set di faglie trascorrenti sinistre orientato NE-SW potrebbe essere correlato al campo di stress attuale (σ1 orizzontale orientato circa NW-SE) dovuto al progressivo avanzamento del fronte della catena Maghrebide sulle zone di avampaese (CATALANO ET AL., 2008; ROMAGNOLI ET AL., 2008). ANALISI DELLA FRATTURAZIONE E PROPRIETÀ SCALARI DEI JOINT Lontano dalle zone di faglia principali, nelle tre formazioni sono state eseguite tre scan line orientate parallelamente alla stratificazione in strati di differente spessore. I dati così raccolti sono stati elaborati al computer (software Windows Excel) al fine di ottenere, in modo statistico, indicazioni sul possibile controllo meccanico esercitato dai singoli strati sulla formazione e lo sviluppo delle discontinuità tettoniche. All’interno delle tre formazioni studiate è stata documentata la presenza di due set di joint perpendicolari agli strati e, più o meno, ortogonali tra di loro. Le modalità di formazione dei due set di joint sono diverse nelle tre formazioni in funzione delle diverse storie deformative che i tre siti hanno subito. Non vi è una chiara correlazione tra la densità di fratturazione (FD), intesa come numero di fratture per metro, dei litotipi indagati e lo spessore dei singoli strati. Mentre sembra esserci una correlazione tra la densità di fratturazione e la posizione delle diverse formazioni considerate all’interno dell’edificio tettonico. Mediamente, la Formazione Amerillo e la Formazione Inici mostrano valori maggiori di FD relativamente ai tre litotipi della Formazione Ragusa. Questo dato può essere ricondotto alle differente storia deformativa delle due aree, che nel tempo sono state sottoposte a diversi eventi tettonici, caratterizzati da differenti modalità deformative e differenti intensità della deformazione. La distribuzione della fratturazione all’interno delle formazioni carbonatiche, tuttavia è controllata anche dalle caratteristiche petrofisiche dei litotipi studiati. I valori di saturazione (S/T) ricavati nelle tre formazioni considerate, non sembrano mostrare una stretta correlazione con la posizione tettonica dei siti ma suggeriscono, invece, il possibile controllo esercitato dalla composizioni dei litotipi e dai valori di granulometria e porosità sulla spaziatura dei joint. Infatti, i joint perpendicolari alla stratificazione tendono ad essere mediamente meno spaziati (sovrassaturi) all’interno dei litotipi aventi una minore porosità (ad esclusione della formazione Amerillo). Questa relazione sembra essere in accordo con i risultati di BAI & POLLARD (2000a), i quali hanno dimostrato che la spaziatura dei joint perpendicolari agli strati sia inversamente proporzionale alla rigidità (modulo di Young, E) degli strati. La proporzionalità inversa tra rigidità della roccia e spaziatura delle fratture all’interno degli strati, come riportato anche da RUSTICHELLI ET AL. (2013), spiegherebbe inoltre la maggiore spaziatura riscontrata all’interno della Fm. Amerillo a dispetto di valori di porosità molto bassi, che potrebbe essere dovuta alla presenza nella roccia di una componente marnosa che ne abbasserebbe la rigidità. Allo stesso modo, l’abbondante presenza di cemento all’interno della Formazione Inici potrebbe spiegare i valori molto bassi di S/T, cosi come indicato dagli stessi autori. Infine, dai dati relativi alla connettività delle fratture riscontrate nelle tre formazioni si è visto come all’interno del Membro Leonardo prevalgano le fratture isolate, mentre il membro Irminio è caratterizzato soprattutto da fratture accoppiate o interconnesse. La stessa cosa si può dire sia per la Formazione Amerillo che per la Fm. Inici, con una netta prevalenza di fratture interconnesse nella Fm. Amerillo. Questo in termini di circolazione dei geofluidi significa che negli strati del Membro Leonardo la deformazione, non crea le condizioni ideali per la migrazione dei geofluidi, che invece è favorita sia nel membro Irminio sia nelle altre due formazioni studiate. Allo stesso modo l’architettura delle zone di faglia può giocare un ruolo importante nella migrazione e/o accumulo dei geofluidi. In funzione delle caratteristiche degli elementi che compongono una superfice di taglio (core zone, damage zone), questa di volta in volta può agire o come barriera o come condotto, favorendo o meno la circolazione dei geofluidi all’interno dell’ammasso carbonatico.