Permesso di Ricerca geotermico "La Guardiola" Relazione geologico tecnica

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1 Permesso di Ricerca geotermico "La Guardiola" Relazione geologico tecnica Redatta da: Terra Energy S.r.l. Direzione e Coordinamento Prof. Alessandro Sbrana Ordinario di Geotermia Dipartimento di Scienze della Terra Università di Pisa Committenza: Ravano Green Power S.r.l. (Dott. Giovanni Ravano)

2 Indice 1 Introduzione Scopo del permesso di ricerca Area del Permesso di Ricerca Geormofologia e idrografia dell'area Inquadramento geologico ed evoluzione tettonica della Toscana meridionale9 2.3 Inquadramento geologico ed evoluzione tettonica dell'area interessata dal permesso di ricerca Assetto strutturale dell'area ricadente all'interno del permesso di ricerca Dati geofisici a disposizione Conclusioni Bibliografia

3 1 Introduzione La presente relazione tecnica è riferita al programma dei lavori relativo alla richiesta di Permesso di Ricerca per risorse geotermiche denominato "La Guardiola" e viene redatta ai sensi del D.Lgs. 22/2010, del D.P.R. 485/94 e del D.P.R. 395/91. L'obiettivo del permesso di ricerca suddetto è l'individuazione e la valutazione della risorsa geotermica potenzialmente presente in un'area posta nelle vicinanze dell'abitato di Lajatico. Nel caso in cui la ricerca mostri un esito positivo, i fluidi geotermici individuati saranno sfruttati per la produzione di energia elettrica mediante l'utilizzo di tecnologie idonee e a basso impatto ambientale, in linea con gli obiettivi del PIER (Piano di Indirizzo Energetico Regionale), approvato nella seduta della Giunta Regionale Toscana in data 08/07/2008. Quest'ultimo prevede, in linea con le direttive dell'unione Europea, di ridurre le emissioni di anidride carbonica, migliorare l'efficienza energetica e incrementare la percentuale dell'energia ricavata da fonti rinnovabili. Inoltre, la L. 244/2007, Legge Finanziaria per il 2008, prevede che le regioni promuovano il coinvolgimento delle province e dei comuni nelle iniziative per il raggiungimento dell obiettivo di incremento delle fonti energetiche rinnovabili nei rispettivi territori. Il PIER prevede altresì che "lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili debba avvenire in un quadro di sostenibilità e cioè di equilibrio e compensazione tra ragioni di sviluppo e ragioni di tutela della salute pubblica, dell ambiente, del paesaggio, inteso, quest ultimo, sia come risultato di caratteri ed unicità propri della Toscana, sia come elemento cardine di un modello di gestione del territorio assicurato dalla LR 1/2005 e dal PIT". Il permesso di ricerca "La Guardiola" si inserisce perfettamente in questo contesto, prevedendo l'utilizzo di tecnologia a bassissimo impatto ambientale, rappresentata dall'installazione di centrali geotermoelettriche a ciclo binario, qualora sia accertata la presenza nel sottosuolo di una risorsa geotermica idonea allo sfruttamento energetico. 1.1 Scopo del permesso di ricerca L'area oggetto dell'istanza di permesso di ricerca ricade nel Foglio I.G.M. 112 "Volterra", e amministrativamente nei territori comunali di Lajatico, Chianni, Terricciola, Peccioli e Volterra in provincia di Pisa e Montaione in provincia di Firenze. La zona in esame si colloca a nord dell'area geotermica di Larderello, notoriamente conosciuta e sfruttata fin dagli inizi del '900 per la produzione di energia elettrica attraverso i fluidi geotermici ad alta entalpia presenti nel sottosuolo. L'area interessata dal permesso di ricerca di cui sopra, è caratterizzata da una notevole anomalia geotermica positiva, dove il flusso di calore supera di gran lunga la media, e si attesta su valori compresi tra 100 e 150 mw/m 2. Grazie anche alla presenza del pozzo profondo AGIP "Lajatico 1" (Inventario delle Risorse Geotermiche Nazionali e Progetto VIDEPI, UNMIG), è possibile stimare una temperatura di circa 200 C all'interno della Formazione del Calcare Cavernoso, la quale costituisce nella zona in esame il serbatoio geotermico superficiale. 3

4 Il permesso di ricerca è finalizzato al reperimento di fluidi geotermici a medio alta entalpia, da impiegare in una centrale geotermoelettrica a ciclo binario (fig. 1), la cui tecnologia permette un bassissimo impatto ambientale. Le nuove tecnologie capaci di utilizzare l'"organic Rankine Cycle" permettono infatti lo sfruttamento di risorse a media alta entalpia allo stato liquido. Fig. 1 Schema di funzionamento di un impianto a ciclo binario (da Franco A. & Vaccaro M., 2012) Le centrali geotermoelettriche a ciclo binario sono caratterizzate da un impatto ambientale estremamente ridotto visto il confinamento del fluido geotermico e la totale assenza di contatto tra lo stesso e l'ambiente esterno. In questa tipologia di centrale, il fluido geotermico viene prelevato dall'acquifero mediante una pompa di estrazione. I fluidi estratti dal sottosuolo non vengono mai a contatto né con l'idrosfera né con l'atmosfera, evitando quindi qualsiasi tipo di contaminazione proveniente da possibili inquinanti portati in carico dai fluidi stessi. La tecnologia impiegata prevede la realizzazione di un pozzo di produzione che raggiunga il serbatoio geotermico, sede dell'acquifero, da cui estrarre il fluido geotermico. Il fluido dovrà quindi raggiungere la superficie per mezzo di una pompa di estrazione e sarà convogliato alla centrale, dove sarà fatto passare all'interno di uno scambiatore di calore dove cederà il suo calore ad un fluido di lavoro. Il fluido geotermico in uscita dallo scambiatore verrà mandato direttamente al pozzo di reiniezione, e reimmesso nel sottosuolo. Il fluido di lavoro invece, una volta ricevuto il calore dal fluido geotermico, vaporizzerà e verrà mandato all'interno della turbina, la quale è collegata ad un alternatore e alla rete di distribuzione elettrica. Anche per il fluido di lavoro, costituito da un composto naturale come l'isopentano (i C5H12) o l'isobutano (i C4H10) o sintetico come l'r134a (C2H2F4) o l'r245fa (C3H3F5) è previsto un circuito chiuso, ovvero anch'esso non verrà mai a contatto con l'ambiente esterno. Tutto il fluido geotermico estratto viene reimmesso nel sottosuolo, il che riduce a zero qualsiasi tipo di inquinamento ambientale e permette la ricarica del serbatoio geotermico, il quale, con un uso non corretto della risorsa, potrebbe esaurirsi. 4

5 1.2 Area del Permesso di Ricerca Ai sensi del D.Lgs. 22/2010, viene richiesto all'ufficio competente (Regione Toscana, Direzione Generale Politiche territoriali e Ambientali, Settore Miniere ed Energia, Via R. Bardazzi 19/21, Firenze) un Permesso di Ricerca di Risorse Geotermiche relativamente all area graficamente riportata sull allegato Foglio I.G.M. 112 "VOLTERRA". L area del permesso di ricerca denominato "La Guardiola" è pari a 64,79 km 2 (fig. 2), ed è ubicata all'esterno delle concessioni geotermiche ENEL vigenti. Come previsto dalle disposizioni di cui all art. 9 del D.P.R. 27/05/1991 n. 395, l'area è stata delimitata con linea continua nera le cui coordinate dei vertici a b c d e f g h i l m n o p, sono riportate nella tabella 1. Le coordinate geografiche dei vertici sono riferite al meridiano di Monte Mario, così come previsto dall'art. 6 del suddetto D.P.R.. Vertice Latitudine N Longitudine W a 43 33'00'' 1 44'00'' b 43 33'00'' 1 41'00'' c 43 30'00'' 1 41'00'' d 43 30'00'' 1 36'00'' e 43 29'00'' 1 36'00'' f 43 29'00'' 1 37'00'' g 43 27'00'' 1 37'00'' h 43 27'00'' 1 42'00'' i 43 28'00'' 1 42'00'' l 43 28'00'' 1 45'00'' m 43 29'00'' 1 45'00'' n 43 29'00'' 1 42'00'' o 43 31'00'' 1 42'00'' p 43 31'00'' 1 44'00'' Tabella 1: Coordinate dei vertici del permesso di ricerca "La Guardiola" (riferiti a Monte Mario Roma Fuso Ovest) 5

6 Fig.2 Areadelpermessodiricerca"LaGuardiola".Lecoordinatedeiverticisonoriportate intabella1,ingialloilimiticomunali. 2 Statodelleconoscenze L'area interessata dal permesso di ricerca si colloca circa 20 km a nord dell'area geotermicadilarderello,doveèaccertatalapresenzadiunarisorsageotermicaidoneaallo sfruttamentoenergeticodiinteresseeconomico.sullabasedeidatiraccoltiinpassatoper laesplorazionegeotermicadelterritoriotoscanoèpossibileipotizzarelapresenzadiuna risorsageotermicaanchenell'areainesame.quest'areanonèstatafinoadoggiinteressata daricerchedirettevolteallavalutazionedellarisorsageotermica,mentreinpassatoèstata investigataperlaricercanelsottosuolo(conesitonegativo)diidrocarburi. Ilquadrogeologicoregionalevedetuttalafasciatirrenicatoscanacaratterizzatada altivaloridianomaliadigradienteediflussotermico,chedannoluogoadanomaliesub circolari.inparticolareivalorimassimisihannoincorrispondenzadelleareegeotermiche di Larderello Travale (collocato a pochi km a sud rispetto al permesso di ricerca) e del MonteAmiata. 6

7 L'anomalia geotermica positiva che interessa l'area geotermica di Larderello è da correlare alla presenza di un corpo intrusivo a bassa profondità. Sulle ampie anomalie termiche di base, dovute alla presenza di corpi intrusivi, si impostano localmente anomalie di gradiente e di flusso più intense, dovute all'attiva circolazione di fluidi geotermici in serbatoi poco profondi (Baldi et al., 1994). 2.1 Geomorfologia e idrografia dell'area Il territorio compreso all'interno del permesso di ricerca per risorse geotermiche "La Guardiola", si presenta per lo più collinare, con rilievi modesti e pendii dolci, in risposta alle litologie ivi affioranti, rappresentate per lo più da litofacies argillose (Argille e limi di Vigna Nuova di Peccioli, Argille Azzurre) e sabbiose (Formazione di Villamagna, Sabbie di Nugola Vecchia) del Plio Pleistocene (fig. 3). La parte orientale del permesso presenta le quote più elevate, che si attestano sui 230 m sul livello del mare. Gran parte dell area in esame ricade su formazioni a scarsa permeabilità e il reticolo idrografico di conseguenza risulta essere ben sviluppato con numerosi corsi d acqua e una generale elevata densità di drenaggio. L'area del permesso è infatti caratterizzata dalla presenza di numerosi corsi d'acqua, i quali solcano delle valli fortemente incise in corrispondenza delle litofacies argillose, dove i pendii, generalmente modesti, mostrano una repentina variazione del dislivello. Le valli mostrano generalmente un fondo piatto. La variazione del dislivello è molto più marcata in corrispondenza delle litofacies argillose rispetto alle zone in cui si hanno in affioramento delle litofacies sabbiose. Il corso d'acqua principale è rappresentato dal Fiume Era, il quale attraversa l'area del permesso con direzione NW SE, per poi andare a confluire nel Fiume Arno più a nord. Il Fiume Era drena un bacino di 591 km 2, e corrisponde all'asse di drenaggio del bacino neogenico della Val d'era, o Bacino di Volterra. Sono inoltre presenti altri corsi d'acqua minori che confluiscono nell'era, e sono lo Sterza, il Fosce, Il Filetto, e il Racosa. Così come il Fiume Era, anche questi corsi d'acqua mostrano una direzione principale N S o NW SE, e appartengono tutti al bacino idrografico del Fiume Arno. A questi fanno eccezione il Roglio e il Caprigine, i quali seguono una direzione prevalentemente E W. Queste direzioni preferenziali dei corsi d'acqua sono concordi con gli allineamenti tettonici presenti nella zona, i quali mostrano delle direzioni prevalentemente appenniniche N S e NW SE e antiappenniniche E W o NE SW. Si può quindi ipotizzare un controllo strutturale sulle aste fluviali dei fiumi principali ivi presenti. A titolo di esempio si cita il Fiume Era Viva a sud est del permesso di ricerca, il cui corso è influenzato dall'omonima faglia. 7

8 Fig.3 Morfologiaereticoloidrograficonell'areainteressatadalpermessodiricerca.In arancioneillimitedelpermessodiricerca"laguardiola". Subitoadestdelpermessodiricerca,irilievipostiadorienterispettoall'abitatodi IanofungonodaspartiacquetrailbacinodelFiumeEraequellodelfiumeElsa.Ilpaesaggio argillosochericoprelamaggiorpartedelpermessodiricerca,sipresentaperlopiùspoglio di boschi, e per la maggior parte dell'area è ricoperto da prati e zone agricole (fig. 4). Le zone boscate si presentano laddove gli affioramenti sono costituiti dalle formazioni prevalentementesabbiose.questedifferenzesonoinoltrebenvisibilianchedall'immagine satellitaretrattadagoogleearthpresentataincopertina. 8

9 Fig.4 Cartadell'usodelsuolo.Inarancioneillimitedelpermessodiricerca"LaGuardiola" (FonteCorineLandCover). 2.2 Inquadramento geologico ed evoluzione tettonica della Toscana meridionale L'area interessata dal permesso di ricerca "La Guardiola" si colloca nella zona interna dell'appennino Settentrionale, una catena a falde di ricoprimento il cui assetto geologico strutturalederivadadueprocessideformativiprincipali(fig.5):ilprimoèlegato alla convergenza tra il margine Europeo e la microplacca Adria (Cretaceo Miocene Inferiore), che ha prodotto l impilamento delle falde est vergenti dell Appennino Settentrionale; il secondo è legato alla tettonica estensionale post collisionale che ha interessato la zona più interna dell Appennino Settentrionale fin dal Miocene Inferiore Medio(Brogi,2008).Quest ultimoprocessohaportatoallosviluppodianomalie geotermichepositiveconvaloridiheat flow cheraggiungonoi600mw/m2nellaregione geotermica di Larderello posta a sud del permesso di ricerca (Baldi et alii, 1995), un assottigliamento della crosta continentale e della litosfera (Calcagnile & Panza, 1981), la segregazionedimagmicrostalianatetticiesub crostali(serrietalii,1993). 9

10 Le unità tettoniche che affiorano nell area interessata dal permesso di ricerca sono descritte nelle Note Illustrative del Foglio 285 Volterra in scala 1:50000 e nelle Note Illustrative del Foglio 112 "Volterra" in scala 1: Le unità tettoniche che costituiscono l'edificio appenninico nella zona del permesso di ricerca sono dal basso verso l'alto (fig. 6): Dominio Toscano Dominio Ligure Successione Neogenico Quaternaria del versante tirrenico dell'appennino Settentrionale Formazioni magmatiche e metamorfiti di contatto Depositi continentali recenti e attuali. Fig. 5 Schema strutturale dell'appennino Settentrionale (da Carmignani et al., 1995). Queste unità sono state scollate dal loro substrato originario, e durante le fasi compressive dell orogenesi appenninica (Oligocene Superiore Miocene Inferiore) sono sovrascorse verso est. La Falda Toscana è stata scollata al livello delle evaporiti triassiche ed è sovrascorsa ad est al di sopra dei Domini Esterni Umbro Marchigiani, mentre le Unità Liguri e Subliguri sono sovrascorse ad est al di sopra della Falda Toscana, durante l Oligocene Superiore Miocene Inferiore. 10

11 In discordanza angolare su questo substrato sedimentario, si depositano nel Miocene e nel Pliocene i sedimenti del Neogene Quaternario e i travertini deposti dalle sorgenti termali. Localmente l assetto strutturale è modificato dalla presenza di centri eruttivi e di rocce magmatiche (ad es. le rocce mafiche di Orciatico e Montecatini Val di Cecina). Il fronte compressivo e il sistema catenaavanfossa dell'appennino Settentrionale migrano nel tempo da ovest verso est, in risposta al roll back della placca in subduzione. Il roll back causa l'apertura in posizione di retroarco del Mar Tirreno, e da una tettonica compressiva si passa ad una tettonica estensionale, la quale migra anch'essa nel tempo dalle zone più interne della catena verso le zone più esterne. All'estensione è associato anche un diffuso magmatismo. Fig. 6 Schema dei rapporti stratigrafico strutturali delle unità presenti nella Toscana meridionale. 1: contatto stratigrafico erosivo. 2: sovrascorrimento primario. 3: sovrascorrimento secondario (da Note Illustrative della Carta Geologica d'italia, Foglio 285 "Volterra"). Nella Toscana meridionale dal Miocene in poi la tettonica cambia completamente: da una tettonica compressiva si passa ad una tettonica estensionale, legata all apertura del bacino di retroarco del Mar Tirreno. L espressione più evidente della tettonica estensionale nella Toscana meridionale è sicuramente la serie ridotta. Con il termine serie ridotta si indica una precisa situazione strutturale, cioè quella in cui si ha la diretta sovrapposizione delle Unità Liguri sul Calcare Cavernoso (Trias Superiore) oppure sulle formazioni dell'unità di Monticiano Roccastrada (Paleozoico Mesozoico). In Toscana meridionale si riconoscono due eventi estensionali principali (Carmignani et alii, 1994): il primo evento estensionale è legato alla formazione della serie ridotta (Aquitaniano Superiore Tortoniano Superiore) il secondo evento estensionale porta invece alla formazione di horst e graben con direzione appenninica NW SE (Tortoniano Superiore Pliocene). 11

12 Si formano anche transfer faults con orientazione NE SW. Durante questa fase deformativa si ha la messa in posto dei sedimenti del Neogene Quaternario in discordanza angolare con le unità tettoniche impilate precedentemente. Questi vanno a colmare i bacini neogenici che si formano durante i due eventi estensionali. La distensione che ha dato origine alla serie ridotta ha causato un estensione che secondo Bertini et alii (1991) è stata almeno del 60%, mentre l estensione legata al successivo sviluppo dei graben è dell ordine del 7 %: ne consegue che la serie ridotta rappresenta il fenomeno distensivo più importante della Toscana meridionale. Il primo evento estensionale che interessa la Toscana meridionale è legato alla formazione di faglie dirette a basso angolo, ed è datato all Aquitaniano Superiore Tortoniano Superiore. Questa estensione causa la formazione della serie ridotta (Decandia et alii, 1993). La serie ridotta (fig. 7) viene spiegata come il prodotto della dislocazione provocata da faglie dirette a basso angolo con una geometria flat ramp che si esaurisce al livello delle evaporiti triassiche appartenenti alla Falda flat Toscana. Fig. 7 Formazione della serie ridotta e dei megaboudin di Falda Toscana (da Brogi 2004, modificato) L elisione tettonica avviene per l attività di faglie dirette a basso angolo immergenti verso E, con geometria flat ramp flat: il flat superiore è collocato alla base o all interno delle Unità Liguri, mentre quello inferiore in corrispondenza delle evaporiti triassiche. Questi due flat sono collegati da ramp che attraversano le formazioni carbonatiche più competenti. Si possono trovare anche dei flat secondari all interno dei livelli meno competenti sia delle Unità Liguri che della Falda Toscana (ad es. nella Scaglia). 12

13 L attività di queste faglie ha causato il boudinage della Falda Toscana e la formazione dei megaboudin: questi costituiscono una successione stratigrafica più o meno completa della Falda Toscana e sono circondati da aree in cui si ha invece la serie ridotta, con le Unità Liguri che poggiano direttamente sulle evaporiti triassiche o localmente sulle rocce appartenenti all'unità di Monticiano Roccastrada. Le faglie che danno origine alla serie ridotta sono dei detachment e attualmente delimitano le unità precedentemente impilate. Durante questo evento estensionale iniziano a formarsi delle blande depressioni morfologico strutturali (zone a serie ridotta ) e degli alti morfo strutturali relativi (megaboudin): queste depressioni sono la sede della sedimentazione continentale del Miocene: i bacini del Miocene non sono quindi interpretati come graben o semigraben ma legati al boudinage della Falda Toscana che porta alla formazione di depressioni morfotettoniche. Le faglie dirette che portano alla formazione dei bacini pliocenici, si impostano nelle zone in cui si è sviluppata la serie ridotta. Il secondo evento estensionale è legato allo sviluppo di faglie dirette ad alto angolo con direzione NW SE che tagliano tutte le precedenti strutture (Tortoniano Superiore Pliocene), con geometria listrica e immergenti sia verso ovest che verso est: questa fase causa la formazione di depressioni tettoniche all interno delle quali si vanno a sedimentare i depositi del Pliocene in seguito ad una vasta trasgressione marina, e la formazione di alti strutturali che invece rimangono emersi durante l evento trasgressivo. I bacini pliocenici mostrano quindi un andamento parallelo alla catena appenninica. Alle faglie dirette ad alto angolo sono associate transfer faults con direzione NE SW che interrompono la continuità di questi bacini. Le faglie trascorrenti e trastensive sono coeve con le faglie dirette plioceniche. Queste faglie sono sub verticali e hanno una direzione prevalentemente NE SW. Le faglie d irette che bordano i bacini pliocenici si impostano su una crosta continentale già assottigliata, in particolare laddove è presente la serie ridotta. Associato all'estensione che caratterizza l'intera Toscana meridionale, si ha un diffuso magmatismo che, al pari del fronte compressivo e della tettonica estensionale, migra progressivamente da ovest verso est. I corpi magmatici, sia intrusivi che effusivi, si sviluppano a partire dal Miocene Superiore (6,2 6,8 ma Isola d Elba) fino al magmatismo più recente rappresentato dall edificio vulcanico del Monte Amiata (300 ka). In relazione a questo processo di estensione crostale e all associato magmatismo, si sviluppa in Toscana meridionale un alto flusso di calore, come nella zona Larderello Travale e del Monte Amiata, che ha permesso lo sviluppo dei campi geotermici che sono attualmente in coltivazione. 13

14 2.3 Inquadramento geologico ed evoluzione tettonica dell'area interessata dal permesso di ricerca L'area del permesso di ricerca "La Guardiola" ricade, da un punto di vista geologico, per la totalità all'interno del Bacino di Volterra (fig. 8). Le formazioni che affiorano all'interno dell'area in esame appartengono alla Successione Neogenico Quaternaria del versante tirrenico dell'appennino Settentrionale e sono descritte nelle Note Illustrative della Carta Geologica d'italia, Foglio 285 "Volterra". La successione stratigrafica che si rinviene nell'area in esame, è rappresentata dall'alto verso il basso da: Successioni del Pleistocene: NUG (sabbie di Nugola Vecchia): sono rappresentate da sabbie molto fini, di colore ocra arancio. Talvolta si rinvengono strati arenacei e calcareo arenacei. Rappresentano la fase di chiusura del ciclo del Pleistocene inf.. I macrofossili non sono abbondanti. VIP (Argille e limi di Vigna Nuova di Peccioli): sono rappresentate da strati millimetrici di argilla, limo e sabbia molto fine, che a più livelli presentano addensamenti torbosi. I fossili indicano associazioni di un ambiente salmastro a bassa profondità. Successioni del Pliocene: VLM (Formazione di Villamagna): questa formazione è costituita prevalentemente da sabbie fini alle quali si intercalano litofacies più argillose (VLMa). FAA (Argill e Azzurre): questa formazione è costituita prevalen temente da argille e argille siltose grigio azzurre localmente fossilifere. Nella zona del permesso di ricerca si rinvengono inoltre depositi quaternari, rappresentati da depositi alluvionali e alluvionali terrazzati legati ai corsi d'acqua presenti. Inoltre si evidenzia la presenza di depositi di frana attivi e/o senza indizi di evoluzione che ricoprono i depositi delle unità neogeniche. Il pozzo AGIP "Lajatico 1" ricadente all'interno del permesso di ricerca ha incontrato uno spessore di 2000 metri di sedimenti del Neogene, dei quali 1360 metri di sedimenti pliocenici e 700 metri di sedimenti del Miocene. Al di sotto di questi, il pozzo ha incontrato le rocce appartenenti al substrato ivi rappresentate dalla Formazione delle Argille a Palombini. Al di fuori del permesso di ricerca, in corrispondenza degli alti morfo strutturali che bordano il Bacino di Volterra, affiorano le formazioni appartenenti al substrato del bacino, rappresentate da Falda Toscana, Unità Liguri e Unità di Monticiano Roccastrada, che rappresenta qui l'unità strutturalmente più profonda (fig. 8). L'Unità di Monticiano Roccastrada, che affiora ad est del permesso di ricerca nei pressi dell'abitato di Iano, è costituita da formazioni paleozoiche e mesozoiche costituite da scisti, metarenarie e quarziti. L'Unità della Falda Toscana è qui rappresentata dalla Formazione anidritica di Burano e del Calcare Cavernoso, dalla Formazione di Brolio e dalle Calcareniti di Montegrossi appartenenti alla "Scaglia Toscana", e dalla Formazione del Macigno. Anche la Falda Toscana affiora immediatamente ad est del permesso di ricerca. 14

15 In particolare il Calcare Cavernoso è un calcare dolomitico a grana fine, di colore grigio, brecciatoespessovacuolare,coniltipicoaspetto"acellette".l'anidritediburanoèinvece un'anidrite microcristallina, spesso gessificata e alternata a strati di dolomia. Il Calcare Cavernosorappresentailprimoserbatoiogeotermicoequindil'obiettivominerario. Le formazioni appartenenti alle Unità Liguri costituiscono più unità tettoniche sovrapposte, ciascuna formata da un flysch che sormonta una successione ofiolitica. Si distinguono tre unità tettoniche: l'unità delle Argille a Palombini, l'unità ofiolitifera di Montaioneel'UnitàofiolitiferadiMonteverdiM.mo Lanciaia. Fig.8 Cartageologicadell'areainteressatadalpermessodiricerca"LaGuardiola". ParticolaretrattodallaCartaGeologicad'Italiainscala1:50.000Foglio285"Volterra".Le formazionipresentiall'internodelperimetrodelpermessofannotuttepartedella SuccessioneNeogenico Quaternariadelversantetirrenicodell'AppenninoSettentrionale (sivedatestoperlegendaedescrizione). In corrispondenza delle faglie plioceniche che bordano il bacino sul lato orientale, affioranodeidepositiditravertino. 15

16 L'evoluzione tettonica del Bacino di Volterra è sintetizzata in fig. 9. I sedimenti più antichi (fig. 10) sono datati al Miocene medio e sono rappresentati da depositi lacustri o fluviali, comunque continentali. Il Bacino di Volterra è un bacino tettonico avente direzione appenninica NW SE, delimitato da faglie dirette ad alto angolo con geometria listrica in profondità. La sua apertura è diretta conseguenza dell'apertura del mar Tirreno e del progredire dell'estensione post orogenica da ovest verso est. All'interno di questo bacino scorre il Fiume Era. L'apertura del bacino è graduale, ed avviene da ovest verso est. Il bacino di Volterra si trova in una depressione strutturale compresa tra i Monti di Castellina Marittima ad ovest e la Dorsale Medio Toscana ad est. Quest'ultima rappresenta un importante elemento morfologico strutturale che si estende dalla Alpi Apuane a nord e si prolunga attraverso i Monti Pisani, Iano, la Montagnola Senese/Dorsale Monticiano Roccastrada, fino a Monte Leoni a sud. A sud il bacino è delimitato dalle Colline Metallifere. I primi sedimenti post orogenici che si rinvengono in discordanza sulle Unità Liguri sottostanti sono le Arenarie di Ponsano (Serravalliano sup.). Nel Tortoniano sup., il bacino continua ad approfondirsi e si ha la deposizione di formazioni lacustri prevalentemente argillose nelle aree centrali del bacino (Argille del Torrente Fosci) e di conglomerati nelle aree marginali (Conglomerati di Castello di Luppiano). In pratica siamo in presenza di un sistema lacustre caratterizzato ai bordi da apparati deltizi alimentati nel tempo, collegati ad una forte erosione connessa ad un accentuato dislivello morfologico causato dall'attività delle faglie dirette ad alto angolo che bordano il bacino. Nel suo insieme il Bacino di Volterra può essere descritto come un semigraben, nel quale si ha una grande variazione degli spessori dei sedimenti, più potente nel settore orientale. Nel corso di questa sedimentazione continentale si configura il Bacino di Volterra in senso stretto, che viene a separarsi dai bacini orientali per il sollevamento della Dorsale medio toscana. Nel Messiniano inf. si ha una prima trasgressione marina e la deposizione del Calcare di Rosignano e della Formazione del Torrente Raquese. Il dominio marino termina con una fase evaporitica legata all'isolamento del Mediterraneo dall'oceano Atlantico nel Miocene sup., con la deposizione di gessi in concordanza con i livelli sottostanti (Gessi del Fiume Era Morta). Dopo l'episodio evaporitico si ha il ripristino di condizioni lacustri o fluvio deltizie e la sedimentazione di facies di "lago mare". Questa fase è caratterizzata dalla sedimentazione delle Argille del Fiume Era Morta, dai Conglomerati di Ulignano, dalle Calcareniti di Poggio di Riparossa e infine dalla Breccia di Grotti. L'area di sedimentazione di queste formazioni è maggiore di quella delle unità marine precedenti, il che giustifica la progressiva subsidenza dell'intera area, a causa dell'attività di faglie dirette sinsedimentarie. Nel Pliocene si riaprono le comunicazioni tra il Mar Mediterraneo e l'oceano Atlantico, e si ha un'importante trasgressione marina, con le acque marine che si sostituiscono rapidamente a quelle continentali di "lago mare", realizzando una trasgressione indicata con il termine "acqua su acqua". Nelle aree bacinali quindi, il passaggio Miocene Pliocene avviene in continuità di sedimentazione, mentre in quelle precedentemente emerse, i sedimenti del Pliocene inf. giacciono discordanti sia su quelli miocenici che sul substrato pre neogenico. 16

17 Si ha in questa fase la deposizione delle Argille Azzurre (Pliocene inf.) che raggiungono anche i 1000 m di spessore al centro del Bacino di Volterra. La fine della sedimentazione viene fatta coincidere con il tetto del Pliocene inf., a causa di un generale sollevamento che interessa tutta la Toscana meridionale, connesso alla messa in posto di corpi intrusivi a bassa profondità. La regressione marina è testimoniata dalla Formazione di Villamagna. Chiudono il ciclo sedimentario nel Pleistocene inf. le Sabbie di Nugola Vecchia. Il generale sollevamento che ha interessato la Toscana meridionale a partire dal Pliocene è testimoniato dall'uplift che hanno subito i sedimenti del Plio Pleistocene, i quali si trovano oggi a quote di metri sul livello del mare all'interno dell'area interessata dal permesso di ricerca "La Guardiola". Fig. 9 Sviluppo del Bacino di Volterra (da Note Illustrative della Carta Geologica d'italia, Foglio 285 "Volterra"). 17

18 Fig. 10 Ricostruzione schematica dei rapporti tra le diverse successioni mio plioceniche nell area in esame (da Batini et al., 2003). 2.4 Assetto strutturale dell'area ricadente all'interno del permesso di ricerca L'evoluzione tettonica del Bacino di Volterra rientra nel quadro dell'evoluzione tettonica della Toscana meridionale. Dal Miocene in poi l'area è interessata da una tettonica estensionale che porta alla formazione di strutture tipo horst e graben, con lo sviluppo di alti morfo strutturali in corrispondenza dei quali affiorano le unità strutturalmente più profonde appartenenti alla Falda Toscana e all'unità di Monticiano Roccastrada, e dei bassi morfo strutturali anch'essi paralleli alla catena appenninica che portano alla formazione di bacini all'interno dei quali, nel Pliocene, avviene un'importante sedimentazione bacinale, con spessori anche di 2000 m. Il substrato del Bacino di Volterra è rappresentato dalle Unità Liguri, in particolare dalla Formazione delle Argille a Palombini, la quale è stata incontrata dal pozzo profondo "Lajatico 1". Mediamente la profondità del substrato all'interno del bacino è di circa 2500 m. Al di sotto delle formazioni appartenenti al dominio ligure, in conformità con l'evoluzione tettonica degli altri bacini pliocenici della Toscana meridionale, si presume si trovi il Calcare Cavernoso appartenente alla Falda Toscana ("serie ridotta"). Questo dato è supportato anche dalla presenza dalla linea sismica "PI V" (Progetto Videpi, UNMIG), la quale ha una direzione circa N S e incrocia il pozzo "Lajatico 1". In corrispondenza di questo pozzo, la sismica individua il Calcare Cavernoso ad una profondità di circa 2800 m. Dallo schema tettonico di fig. 11 è possibile individuare le direttrici strutturali principali presenti nell'area. Le direzioni predominanti sono quelle appenniniche con andamenti NW SE (tra N130 e N160) e N S (tra N170 e N190) e antiappenniniche (tra N50 e N100). Si possono inoltre individuare quattro fasci di faglie dirette principali, due dei quali ricadono all'interno del permesso di ricerca "La Guardiola", e sono: Montecatini V.C. Orciatico, Lajatico, Villamagna e Mazzolla Iano. I fasci ricadenti all'interno del permesso di ricerca sono quelli di Lajatico e di Villamagna. 18

19 Le faglie dirette a direzione appenninica costituiscono l'elemento strutturale dominante nell'area in esame. Queste faglie dirette ad alto angolo, sviluppatesi a partire dal Pliocene inf. definiscono la depressione tettonica all'interno della quale si è sviluppato il Bacino di Volterra. Il bacino è delimitato ad ovest dal fascio di faglie dirette Montecatini V.C. Orciatico. In corrispondenza di queste, presso l'abitato di Orciatico, si ha la risalita di magmi mafici di composizione lamproitica di età radiometrica 4 Ma, i quali hanno causato il metamorfismo da contatto nelle Argille Azzurre circostanti. Questo sistema di faglie dirette ad alto angolo separa i depositi neogenici dalle Unità Liguri, che rappresentano il substrato dei depositi mio pliocenici. Le Formazioni appartenenti alle Unità Liguri affiorano nell'alto strutturale dei Monti di Castellina Marittima, i quali delimitano ad ovest il Bacino di Volterra. Il fascio di faglie che delimita ad ovest il bacino è costituito da un insieme di faglie dirette ad alto angolo subparallale con una direzione variabile da N160 a N170. Il piano di faglia è subverticale ed ha un'immersione verso est. Il bordo orientale del bacino è più articolato (fasci di faglie di Iano e Pignano), ed è caratterizzato sia dalla presenza di faglie dirette ad alto angolo a prevalente movimento verticale, che hanno causato l'approfondimento del bacino tettonico di Volterra, sia dalla presenza di faglie trascorrenti con direzione antiappenninica a movimento prevalentemente orizzontale. Queste ultime, in analogia con gli altri bacini neogenici della Toscana meridionale, sono interpretate come transfer faults. 19

20 Fig.11 SchematettonicodelBacinodiVolterra,inblul'areadelpermessodiricerca(da NoteIllustrativedellaCartaGeologicad'Italia,Foglio285"Volterra"). Le faglie trascorrenti hanno generalmente un piano di faglia sub verticale, una direzionee WoppureNE SWemostranounmovimentoprevalentementeorizzontale.Nei pressidiiano,sonobenvisibiliirapportitralefaglietrascorrentielefagliedirette:lefaglie trascorrentiraccordanovarisegmenticostituitidafagliedirettecondirezioneappenninica. Le zone di raccordo tra faglie dirette e faglie trascorrenti possono localmente essere interessatedaintensafratturazione,epossonoquindirappresentareunaviapreferenziale di infiltrazione o risalita di fluidi caldi, nonché possono aumentare la permeabilità delle formazionipiùcompetentiivipresenti.lefagliediretteadaltoangolosulbordoorientale delbacinodelimitanounaltostrutturale,costituitodalleformazioniappartenentiallafalda Toscana(CalcareCavernosoeAnidritidiBurano)eall'UnitàdiMonticianoRoccastrada,le qualicostituisconoladorsalemediotoscana. L'UnitàdiMonticiano Roccastradaèl'unitàtettonicapiùprofondaesiritrovainunapiega rovesciata con vergenza verso NE. Le formazioni più vecchie si trovano al nucleo della piega,laqualepuòquindiesseredescrittacomeun'anticlinale(fig.12). 20

21 Questa struttura è altresì particolare in quanto, la laminazione tettonica che ha interessato la Toscana meridionale a partire dal Miocene e che ha portato alla formazione della "serie ridotta", in prossimità di Iano comporta la diretta sovrapposizione delle Unità Liguri al di sopra dell'unità di Monticiano Roccastrada, la più profonda nella pila orogenica. Le faglie dirette ad alto angolo che delimitano il bordo orientale del bacino di Volterra, sono state in passato via di risalita di fluidi mineralizzati a cinabro (Costantini et al, 1998). Inoltre in corrispondenza delle stesse sono presenti anche depositi di travertino e sorgenti calde. Questi depositi indicano la presenza di un sistema geotermico al di sotto della coltre di sedimenti neogenici. Si rinvengono inoltre fasci di faglie dirette al centro del bacino (fasci di faglie di Lajatico e di Villamagna), che dislocano i sedimenti del Miocene e la parte basale del Pliocene Inf. (sezione in fig. 12). Si tratta di più faglie dirette subparallele con direzione N170 N150. Le faglie in prossimità dell'abitato di Lajatico hanno una giacitura verticale ed immergono verso E NE, mentre le faglie nei pressi dell'abitato di Villamagna immergono verso W SW. Anche in corrispondenza di questi due fasci di faglie di rinvengono transfer con direzone i E W o NE SW. La presenza di queste faglie all'interno del bacino faults conferma l'attività sinsedimentaria delle faglie stesse. Le faglie dirette ad alto angolo sono attive durante la sedimentazione bacinale e mostrano una geometria listrica in profondità, così come documentato dalla sismica (Bossio et alii 1996a). Inoltre i fasci di faglie non hanno tutte la stessa età, ma le faglie più recenti sono quelle all'interno del bacino stesso. Il Bacino di Volterra ha la forma di un semigraben, con spessori maggiori dei sedimenti sul lato orientale. Il sistema principale di faglie del bordo orientale del bacino (fascio di faglie di Iano Pignano), rappresenta durante il Tortoniano sup. Messiniano Inf. la master fault del bacino tettonico. Le faglie sul bordo occidentale sono invece interpretate come faglie antitetiche. Fig. 12 Sezione geologica attraverso il Bacino di Volterra. La traccia è riportata in fig. 11 (da Note Illustrative della Carta Geologica d'italia, Foglio 285 "Volterra"). 2.5 Dati geofisici a disposizione A supporto della presente istanza di permesso di ricerca, vengono presentate delle carte tematiche derivanti dall'inventario delle Risorse Geotermiche Nazionali (D.Lgs. 22/2010), le quali mostrano come l'area che ricade all'interno del permesso di ricerca sia interessante dal punto di vista geotermico. 21

22 Lafig.13rappresentaletemperaturealtettodelpotenzialeserbatoio,rappresentatodalle formazioni carbonatico evaporitiche della Falda Toscana, in particolare dal Calcare Cavernoso.Lamaggiorpartedell'areadelpermessoricadeall'internodell'isolineadei100 Cedinparteall'internodell'isolineadei150 C.Lazonapiùcaldasitrovanellaparteovest delpermesso,dovesonostatiubicatiipozziagip"lajatico1"eipozzienel"orciatico2e 3".Lealtetemperaturesonoconfermateanchedallog di pozzo del"lajatico1"ilqualeha registrato172 Cafondoforo. Il potenziale serbatoio carbonatico (fig. 14) si trova a profondità comprese tra i 2400ei1600msullivellodelmare.Ilpozzo"Orciatico3",ubicatoneipressidell'omonima cittadina e posto nell'immediate vicinanze del permesso in questione, trova il Calcare Cavernoso a circa 1500 di profondità, mentre il pozzo "Lajatico 1" che ha raggiunto la profonditàdi2070mnonhainveceraggiuntoquestaformazione.amanoamanochecisi muoveall'internodelbacino,ilpotenzialeserbatoiositrovaaprofonditàsempremaggiori, finoaraggiungerelaprofonditàdi mnelcentrodelbacinostesso.Leprofondità maggiorisitrovanoincorrispondenzadelcentrodelpermesso,perpoitornareversoquote piùsuperficialiadestamanoamanochecisiavvicinaall'altostrutturalediiano. Fig.13 Temperaturealtettodelpotenzialeserbatoiocarbonatico(isolineein C). 22

23 Fig.14 Cartadeltettodelpotenzialeserbatoiocarbonatico(isolineeinmetrisullivellodel mare). Le temperature anomale al tetto del serbatoio carbonatico e il gradiente geotermico anomalo sono diretta conseguenza dell'alto flusso di calore che interessa tutta l'area in esame(fig.15).questoèlegatoall'assottigliamentocrostaleeallarisalitadell'astenosfera al di sotto di tutta l'area tirrenica, nonché alla messa in posto di intrusioni acide a bassa profondità e al magmatismo, di cui Orciatico posto a pochi chilometri di distanza dal permesso, ne è un esempio. In questa zona il flusso di calore raggiunge valori di 150 mw/m2nellaporzionecentraledelpermessodiricerca. 23

24 Fig.15 Cartadelflussodicalore(isolineeinmW/m2). 3 Conclusioni Idatiadoggiadisposizionefannosupporrelapresenzadiunarisorsageotermicaa medio alta entalpia a profondità comprese tra i 1500 e i 2400 m sul livello del mare, all'internodellesuccessionicarbonatico evaporitichedellafaldatoscana(formazionedel Calcare Cavernoso), che costituiscono il serbatoio geotermico regionale caratterizzato da permeabilitàperfratturazione.aldisopradiquesteformazionisonopresentileformazioni liguri e neogeniche, le quali rappresentano la copertura impermeabile del serbatoio, che permettealfluidogeotermicoeventualmentepresentedinonsfuggireinsuperficie. Le temperature attese all'interno del serbatoio carbonatico si attestano tra 170 e 190 C. Affinchépossaessereaccertatalapresenzael'entitàdellarisorsageotermicasono necessari ulteriori studi nell'area, i quali vengono esposti nel programma dei lavori allegato. 24

25 4 Bibliografia Baldi P., Bellani S., Ceccarelli A., Fiordelisi A., Squarci P., Taffi L. Correlazioni tra le anomalie termiche ed altri elementi geofisici e strutturali della Toscana meridionale Studi Geologici Camerti, Volume speciale 1994/1, Baldi P., Bellani S., Ceccarelli A., Fiordelisi A., Squarci P., Taffi L., (1995) Geothermal anomalies and structural features of southern Tuscany. World Geothermal Congress Proceedings Florence, pp Batini, F., Brogi, A., Lazzarotto, A., Liotta, D., Pandeli, E., (2003) Geological features of the Larderello Travale and Monte Amiata geothermal areas (southern Tuscany, Italy). Episodes 26/3, Bertini G., Cameli G.M., Costantini A., Decandia F.A., Di Filippo M., Dini I., Elter F.M., Lazzarotto A., Liotta D., Pandeli E., Sandrelli F. & Toro B. (1991) Struttura geologica fra i monti di Campiglia e Rapolano Terme (Toscana meridionale): stato attuale delle conoscenze e problematiche. Studi Geologici Camerti, Vol. Spec., 1, Bossio A., Cerri R., Mazzei R., Salvatorini G., Sandrelli F. Geologia dell'area Spicchiaiola Pignano (settore orientale del Bacino di Volterra) Boll. Soc. Geol. It., 115 (1996), Brogi A., (2004) Miocene extension in the inner Northern Apennines: the Tuscan Nappe megaboudins in the Mt Amiata geothermal area and their influence on Neogene sedimentation. Boll Soc Geol It 123: Brogi A. (2008) The structure of the Monte Amiata volcano geothermal area (Northern Apennines, Italy): Neogene Quaternary compression versus extension. International Journal of Earth Sciences 97, Calcagnile G., Panza G.F., (1981) The main characteristics of the lithosphere astenosphere system in Italy and surrounding regions. Pure Appl. Geophys. 119, Carmignani L., Decandia F.A., Disperati L., Fantozzi P.L., Lazzarotto A., Liotta D., Meccheri M., (1994) Tertiary extensional tectonics in Tuscany (Northern Apenines Italy). Tectonophysics 238: Carmignani L., Decandia F.A., Disperati L., Fantozzi P.L., Lazzarotto A., Liotta D., Oggiano G., Tavernelli E. (1995) Relazioni tra il bacino balearico, il Tirreno settentrionale e l evoluzione nogenica dell Appennino Settentrionale. Studi Geologici Camerti, Volume speciale 1995/1,

26 Costantini A., Elter F.M., Pandeli E., Sandrelli F. Geologia dell'area di Iano (Toscana meridionale, Italia) Boll. Soc. Geol. It. 117 (1998), Costantini A., Lazzarotto A., Mazzanti R., Mazzei R., Salvatorini G., Sandrelli F. Note illustrtive della Carta G eologica d'italia alla scala 1: Foglio 285 "Volterra". Decandia F.A., Lazzarotto A. & Liotta D. (1993) La «Serie ridotta» nel quadro dell evoluzione geologica della Toscana meridionale. Mem. Soc. Geol. It., 49, Inventario delle risorse geotermiche nazionali, ENEL ENI AGIP CNR ENEA, Ministero dell'industria, del Commercio e dell'artigianato, Progetto ViDEPI Ministero dello Sviluppo Economico UNMIG. 26