Facies analysis of middle to late Eocene carbonate systems of the Apulia Carbonate Platform (Gargano Promontory)

La presente tesi di dottorato si propone di analizzare il sistema carbonatico dell'Eocene medio-tardivo della Piattaforma Carbonatica Apula, in particolare del Promontorio del Gargano (sud Italia), da depositi carbonatici di acque superficiali a carbonati risedimentati da flussi gravitativi successivamente depositati alla base della scarpata. Lo studio ha quindi previsto l’analisi in termini di facies, distribuzione spaziale e architettura deposizionale di questi depositi. Nello specifico sono state sono state esaminate in dettaglio due principali aree. Monte Saraceno, la prima area studiata, si trova a sud-est del Promontorio vicino alla città di Mattinata, mentre la seconda area compresa tra Vieste e Peschici, si trova a nord-est. Durante l'Eocene, si sono verificati cambiamenti significativi nelle comunità di foraminiferi bentonici in ambienti di acque superficiali, in particolare nei foraminiferi bentonici più grandi che fungono da marcatori biostratigrafici. La sequenza ben esposta di Monte Saraceno, è composta dalla Megabreccia del Grottone, dal calcare di Punta Rossa, dalla calcarenite di Coppa d'Apolito e dal più giovane calcare di Monte Saraceno. La Sequenza può essere riferita a depositi di base scarpata appartenenti alla Megabreccia di Grottone, mentre, la calcarenite di Coppa d'Apolito, è caratterizzata da depositi di scarpata che transitano verso il calcare bacinale di Punta Rossa. Tuttavia, il calcare di Monte Saraceno mostra ambienti di scarpata e di acque più superficiali. Qui, uno shift significativo da una carbonate factory dominata da nummuliti a un intervallo ricco di coralli indica cambiamenti ambientali a breve e lungo termine nel dominio di acque superficiali. Pertanto, l'identificazione dei componenti scheletrici, le analisi isotopiche e la mappatura dettagliata delle litofacies hanno contribuito alla ricostruzione di due modelli paleoambientali corrispondenti all'evento MECO, per l'intervallo nummulitico inferiore, e al raffreddamento post-MECO, per la carbonate factory dominata dai coralli. Inoltre, le scarpate carbonatiche svolgono un ruolo cruciale come depositi per volumi considerevoli di sedimenti generati lungo il margine, collegando le fabbriche carbonatiche di acque superficiali ai loro omologhi bacinali in acque profonde. Pertanto, il lavoro di campo che ha coinvolto i depositi di base scarpata della Formazione di Peschici, ha consentito l'identificazione di otto litofacies e dei relativi meccanismi di trasporto. La mappatura di dettaglio delle litofacies, a scala 1:5000, ha permesso di ricostruire la distribuzione delle singole litofacies e le loro relazioni laterali, mettendo in luce la loro l'eterogeneità e la loro complessa architettura. I cicli coarsening-upward e fining-upward nella zona di Peschici, e loro distribuzione areale, suggeriscono un complesso sistema di lobi e canali. L'integrazione dei dati raccolti ha consentito la ricostruzione di un modello che suggerisce un meccanismo di approvvigionamento del sedimento da un singolo punto di origine. Questo potrebbe indicare la presenza di un’ampia conoide calciclastica sottomarina Calciclastic Submarine Fan (CSF), piuttosto che un apron carbonatico, mettendo in discussione interpretazioni precedenti. I risultati sono considerati significativi sia dal punto di vista scientifico che nella caratterizzazione del reservoir, poiché il contesto del Gargano funge da analogo per depositi coevi nelle aree offshore adriatiche e croato-albanesi, così come per aree localizzare al di fuori del bacino del Mediterraneo. Il lavoro di tesi ha anche previsto lo studio delle proprietà petrofisiche e acustiche per la caratterizzazione della roccia serbatoio, esaminando parametri come DomSize, PoA, gamma, AR e microporosità. La relazione tra la struttura porosa e i dati acustici nelle diverse litofacies fornisce approfondimenti sulla geologia del sottosuolo suggerendo possibili applicazione nell'ambito dello stoccaggio di CO2 e H2.

The present Ph.D. thesis aims to analyse the middle to late Eocene carbonate system of the Apulia Carbonate Platform that crops out in some part of the Gargano Promontory (southern Italy). These carbonate deposits are representative of different depositional environments spanning from shallow-water to base-of -slope settings and have been described in terms of facies, spatial distribution and depositional architecture. Two main areas have been examined in detail. Monte Saraceno, the first study area, is located in the south-east of the Gargano close to the Mattinata town while, the second area between Vieste and Peschici, lies to the north-east. During the Eocene Epoch, significant changes in benthic foraminiferal communities occurred in shallow-water settings, especially in larger benthic foraminifera that are biostratigraphic markers. Several factors influence shallow-water carbonate factories for instance global and regional climate fluctuations, tectonic activity, eustatic sea level changes, and benthic biota evolution. The well exposed Monte Saraceno Sequence, is composed by Grottone Megabreccia, Punta Rossa limestone, Coppa d’Apolito calcarenite and the younger Monte Saraceno limestone. The Sequence can be referred to base-of-slope deposits belonging to the Grottone Megabreccia while the Coppa d’Apolito calcarenite is characterized by slope deposits transitioning to the basinal Punta Rossa limestone. However, the Monte Saraceno limestone displays slope to shallow-water settings. Here, a significant shift from a nummulite-dominated carbonate factory to a coral-rich interval, indicates short and long-term environmental changes in the shallow-water domain. In particular, during the Middle Eocene a ⁓500kyr long warming event called Middle Eocene Climatic Optimum (MECO) occurred. Hence, skeletal component identification, isotopic analysis, and detailed lithofacies mapping aid in reconstructing two paleoenvironmental models corresponding to MECO event, for the lower nummulitic interval, and post-MECO cooling, for the upper coral dominated carbonate factory. In addition, carbonate slopes play a crucial role as repositories for substantial sediment volumes generated along the margin, connecting shallow-water carbonate factories to their deep-water basinal counterparts. Therefore, the geological fieldwork on the second study area involves base-of-slope deposits of the Peschici Formation, allowing the identification of eight lithofacies and the inferred transport mechanisms. A detailed lithofacies mapping, at 1:5000 scale, was carried out and have permitted to reconstruct the areal distribution of single lithofacies and their lateral relationships, emphasizing their type and thickness changes, and heterogeneity within individual lithofacies as well as the complex architecture. Coarsening-upward and fining-upward cycles in the Peschici area and their areal distribution suggest a complex system of lobes and channels. The integration of collected data allows the reconstruction of a sedimentary model suggesting a point-source supply mechanism, possibly indicating the presence of an extensive calciclastic submarine fan (CSF) rather than a carbonate apron, challenging previous interpretations. The findings are considered significant both scientifically and in base of slope carbonate reservoir characterization, as the Gargano context serves as an analogue for coeval deposits in the Adriatic and Croatian-Albanian offshore areas, as well as for other area outside the Mediterranean realm. The study also analyses petrophysical and acoustic properties for reservoir characterization, examining parameters such as DomSize, PoA, gamma, AR, and microporosity. The relationship between pore structure and acoustic data in different lithofacies reveals insights into the subsurface geology, contributing to a better understanding of the petroleum reservoir potential and suggesting applications in aspects of CO2 and H2 storage.