69261 - GEOLOGIA STRUTTURALE E TETTONICA

Scheda insegnamento

  • Docente Giulio Viola

  • Crediti formativi 8

  • SSD GEO/03

  • Modalità di erogazione In presenza (Convenzionale)

  • Lingua di insegnamento Italiano

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce gli strumenti per riconoscere, descrivere ed interpretare le strutture tettoniche alle diverse scale e per comprenderne le associazioni nell'’ambito dei diversi ambienti geodinamici. Lo studente è in grado di: - riconoscere, misurare e rappresentare le principali strutture di deformazione tettonica dalla scala dell'’affioramento alla scala regionale; - analizzare dal punto di vista cinematico e dinamico le strutture tettoniche in relazione al comportamento meccanico delle rocce; - ricostruire le modalità ed i tempi di attivazione delle strutture tettoniche; - comprendere il ruolo delle associazioni di strutture tettoniche nell’'evoluzione dei settori crostali nei diversi ambienti geodinamici.

Programma/Contenuti

-Introduzione al corso ed approccio pedagogico

-Descrizione e quantificazione della deformazione nelle rocce, con esercitazioni pratiche rivolte alla familiarizzazione con le tecniche esistenti per l'analisi della deformazione (center to center, metodo di Fry, metodo Rf/fi).

-Cause meccaniche della deformazione delle rocce. Legge di Pascal, pressione litostatica, idrostatica e di confinamento. Sforzo medio, differenziale e deviatorico. Tipici stati di sforzo nella crosta terrestre e cenni alle analisi dello sforzo in situ.

-Analisi dettagliata della meccanica della fagliazione, con riferimento ai risultati della deformazione sperimentale. Studio della deformazione fragile altocrostale. Diagramma di Mohr. Inviluppo di rottura e studio dettagliato delle sue parti costituenti. Orientazione ottimale delle faglie in condizioni di sforzo andersoniane. Pressione di poro, pressione efficace. 

-Meccanismi di fratturazione (mode 1, 2 e 3) e relative strutture, diaclasi, fratture ibride e fratture di taglio. Sistemi coniugati e fattori cher controllano il loro angolo diedro. Esercitazioni pratiche sull'applicazione del diagramma di Mohr alla soluzione di problemi di geomeccanica.

-Driving stress ratio per processi di idrofratturazione, faglie strong vs. faglie weak, optimal orientation vs. misorientation. Morfologia, spaziatura e caratteristiche morfostrutturali delle diaclasi, profili di rugosità, spaziatura e persistenza in funzione dello spessore di strato, giunti stilolitici, presso-soluzione.

-Squarci tensionali/tension gashes e vene, meccanismi di crescita di vena, geometrie en echelon, zone di taglio al limite fragile-duttile.

-Localizzazione, ciclo sismico e comportamento stick-slip.

-Proiezioni stereografiche e loro applicazione alla soluzione di problemi geologico strutturali/geologici (rotazioni, intersezioni, rimozione di discordanze angolari, retrodeformazione di pieghe, etc).

-Deformazione localizzata in ambiente altocrostale. Classificazione delle faglie, terminologia, tipologie e loro caratteristiche. Aspetti geometrici e cinematici. Concettualizzazione delle faglie ai fini di modelli deterministici. Anatomia di una faglia, processi di nucleazione e meccanismi di crescita del piano di scivolamento. Faglie dip-, oblique- e strike-slip: interpretazione della cinematica da dati stereografici.

-Faglie associate a sistemi trascorrenti, compressionali ed estensivi. Struttture M/Y, P, R, R' e T: analisi geometrica e meccanica ed implicazioni cinematiche. Restraining e releasing bends, pull-apart basins.

-Faglie di ambienti tettonici estensionali, compressivi e trascorrenti. Margini continentali e terminologia relativa, modello di McKenzie e di Wernicke, faglie normali planari e listriche in affioramento e sezione sismica, core complexes-rapporti footwall/hanging wall. Ambienti compressivi di prisma orogenico di accrezione e fold and thrust belt, terminologia degli elementi costitutivi dei sovrascorrimenti e dei complessi di raccorciamento, floor e basal thrust, duplex, piggy-back, sviluppo in sequenza e fuori sequenza di accavallamenti. Tettonica pellicolare e thick-skinned ed esempi tipici. Faglie trascorrenti: ambienti geodinamici tipici, terminologia e caratteristiche geometriche e cinematiche. Strutture a fiore positivo e negativo. Grandi faglie trascorrenti e tettonica di indentazione.

-Reologia e profili litosferici di resistenza al taglio. Introduzione ai concetti di base ed analisi dettagliata di modelli reologici di riferimento (comportamento elastico, viscoso, plastico, viscoelastico, elastoplastico, etc.). Esperimenti in torsione per reologie ad alti valori di gamma. Power-law creep, creep secondario in condizioni steady state a stress costante. Costruzione di curve di resistenza al taglio a scala litosferica per crosta oceanica e continentale in compressione ed estensione. Modello litosferico di tipo "stacked sandwich" ed esperimenti analogici. Sommario e sintesi dei domini deformativi nella litosfera.

- Pieghe e meccanismi plicativi. Introduzione, terminologia, classificazioni di piegasu base geometrica. Trasposizione. Vergenza, pieghe parassite, tipi di flessura, kink bands per rotazione e taglio, figure di interferenza, relazioni geometriche S0 e S1. Meccanismi di piegamento; bending, buckling, pieghe da taglio semplice eterogeneo. Relazione di Biot, implicazioni ed esempi. Storia deformativa di buckling- nucleazione, amplificazione, lock-up. Scivolamento flessurale. Strutture da taglio semplice nei fianchi di piega. Livello neutro, deformazione all'estradosso e all'intradosso.

- Introduzione alla viscosità e alla deformazione duttile. Concetto di power-law creep e steady-state secondary creep in esperimenti a carico costante. Microstrutture come gauge per vincolare la temperatura. Concetto di microstruttura, fabric e tessitura. Variabilità dei comportamenti reologici di diverse fasi mineralogiche - contrasti di competenza. Deformation mechanisms maps. Flusso cataclastico, presso-soluzione e diffusione. geminazioni meccaniche nella calcite - significato termico. Deformazione intracristallina dovuta a migrazione di difetti intractristallini. Difetti puntiformi e difetti lineari (vacanze, interstiziali e dislocazioni). Creep di tipo volumetrico e di superficie. Tipologie di dislocazioni.

- Concetto di recovery. power-law dislocation creep, regime 1, 2 e 3 di Hirth e Tullis per il quarzo, meccanismi di ricristallizzazione SGM, SGRR e FGBM. CPO e metodi analitici per la misura di crystal preferred orientations, Critical Resolved Shear Stress, AVA maps, EBSD e tavolino universale, tipi di CPO per quarzomiloniti in facies scisti verdi e facies anfibolitica e granulitica.

- Meccanismi di localizzazione in sistemi naturali monomineralici e polimineralici. Weakening geometrico, weakening da reazione metamorfica. Esempi tratti da deformazione sperimentale in torsione con gamma fino a 50.

- Analisi cinematica e studio di varie tipologie di indicatori cinematici. Campioni orientati sul terreno ed in sezione sottile. Pieghe asimmetriche, clasti, fabric obliquo, mica fish, etc. Studio di ECC e CCC.

- Fabric planari e lineari.

- Studio dei prismi orogenici con riferimento ai taper critici, sovra- e sottocriticità del cuneo e meccanismi di stabilizzazione meccanica. Meccanismi di possibile formazione di sovrascorrimenti a scala orogenica. L'esempio degli Appennini settentrionali, evoluzione nello spazio e nel tempo dell'onda compressionale ed estensionale dell'orogene ed implicazioni sulla sismogenesi e la sismotettonica della catena.

 

Testi/Bibliografia

Structural Geology, II edizione, 2016, Haakon Fossen, 524 pp., Cambridge University Press.

Microtectonics, 2005, Cees W. Passchier e R. A. J. Trouw, 366 pp., Springer.

Metodi didattici

-Lezioni frontali (supportate da dispense e presentazioni powerpoint).

-Esercitazioni in classe.

-Escursioni.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Il voto finale riflette 2 prove:

- 1 prova scritta, il cui voto contribuisce per 2/3 del risultato finale

- 1 esame orale finale della durata di circa 30-40 minuti, il cui risultato contribuisce con il restante 1/3.

Si fa presente che è necessaria la sufficienza nella prova scritta per accedere all'esame orale. Agli studenti che seguono attivamente il corso viene offerta la possibilità di suddividere lo scritto in due prove scritte in itinere (di pari peso sul voto finale dello scritto). Chi non frequenta è tenuto a contattare il docente per fissare la data della prova scritta prima dell'appello orale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giulio Viola