Risalite di fluidi ricchi in metano in prismi di accrezione: dinamica del sistema ed origine dei fluidi in carbonati autigeni nel Miocene dell’Appennino Settentrionale, Italia

Le anticlinali legate a thrust lungo i prismi d’accrezione e nell’avanfossa, rappresentano strutture efficienti per l’accumulo e la dissipazione di fluidi ricchi in metano, talvolta creando le condizioni favorevoli per la formazione o destabilizzazione di gas idrati. Durante il Miocene, ambienti di cold seep, caratterizzati da alte concentrazioni di metano nel sedimento o da vere e proprie emissioni di fluidi “freddi” dal fondale, si svilupparono al fronte del prisma d’accrezione Appenninico lasciando traccia nel record geologico sotto forma di carbonati autigeni metano-derivati (MDAC) legati a ossidazione anaerobica del metano (AOM). Lo studio di questi sistemi fossili ci fornisce informazioni circa le relazioni tra crescita della struttura, la dinamica del sistema di seep, la risalita dei fluidi nel sedimento e precipitazione dei carbonati autigeni. Il presente studio mira a ricostruire la storia evolutiva dei cold seep Appenninici legati a dorsali d’accrezione del Miocene ed ottenere un nuovo modello geologico. Gli affioramenti scelti ricadono nel settore Toscano e Romagnolo della catena Appenninica e sono stati selezionati per la loro buona esposizione stratigrafica. La prima parte dello studio è consistita nel rilevamento geologico dei corpi carbonatici e del sedimento incassante, aggiornando ove presente, la precedente cartografia. I seep si sono sviluppati al fronte del prisma d’accrezione Appenninico in corrispondenza di anticlinali sepolte e sono inclusi in depositi di scarpata e su alti strutturali nell’avanfossa interna. Il lavoro di campagna sui corpi carbonatici ha permesso di ricostruirne la geometria, distribuzione spaziale e definire e interpretare le facies carbonatiche ricorrenti e significative per ricostruire l’intensità del flusso. Le analisi geochimiche e petrografiche sono state condotte su campioni di carbonati autigeni e del sedimento incassante. Sono state effettuate analisi CHN per caratterizzare il contenuto e l’origine della materia organica nel sedimento. Analisi degli isotopi stabili del Carbonio e dell’Ossigeno (13C, 18O) e isotopi radiogenici dello stronzio (87Sr/86Sr) nei carbonati hanno permesso di evidenziare l’origine da AOM e caratterizzare il tipo di fluidi. Sono state infine condotte analisi degli elementi in traccia quali Terre Rare e di Molibdeno e Uranio per ricostruire le condizioni redox presenti nei fluidi interstiziali durante la precipitazione dei carbonati. I carbonati sono precipitati vicino al fondale (da cm a m), in equilibrio con fluidi marini coevi. Alcune porzioni dei corpi autigeni hanno registrato valori di Sr marcatamente radiogenici che testimonierebbero un contributo da fluidi di origine profonda che hanno interagito con le torbiditi terziarie sottostanti. La migrazione di tali fluidi sarebbe avvenuta attraverso un sistema avvettivo legato al thrust che ha formato le strutture anticlinali e a sistemi di faglie estensionali più superficiali sviluppatesi lungo la cresta di tali strutture. Gli affioramenti di calcari metano-derivati Miocenici sono stati confrontati con sistemi analoghi moderni localizzati all’Hikurangi Margin, a largo della Nuova Zelanda e Hydrate Ridge, a largo dell’Oregon, USA. Questo confronto, basato principalmente sul contesto tettonico-strutturale e disposizione spaziale del seepage, supportato inoltre da una vasta letteratura scientifica su analoghi attuali, ha portato alla costruzione di un modello geologico dei cold seep Appenninici fornendo nuovi dettagli sulla loro evoluzione temporale.