CGT. Paolo Conti. Carte e Sezioni Geologiche. Centro di GeoTecnologie. Università degli Studi di Siena

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1 Università degli Studi di Siena CGT Centro di GeoTecnologie Paolo Conti Carte e Sezioni Geologiche

2 Paolo Conti Carte e Sezioni Geologiche CGT Centro di GeoTecnologie, Università degli Studi di Siena San Giovanni Valdarno, Italy

3 Questi appunti sono scaricabili dal sito: per tutti gli studenti del Centro di GeoTecnologie dell. Questo volume è in vendita, al prezzo di costo della stampa, presso il Centro di Geotecnologie dell ( Qualunque osservazione, suggerimento, correzione di errori o proposte di modifiche a parti poco chiare è sollecitata a studenti e colleghi, e sarà sempre gradita (conti@unisi.it). Per informazioni: geotecnologie@unisi.it ' CGT Centro di Geotecnologie dell Universit degli Studi di Siena via Vetri Vecchi, San Giovanni Valdarno (AR) Italy TEL FAX: geotecnologie@unisi.it Quest opera è stata rilasciata sotto la licenza Creative Commons Attribuzione-Non commerciale-non opere derivate 2.5 Italia. Per leggere una copia della licenza visita il sito web o spedisci una lettera a Crative Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California, 94105, USA. Edizione: Febbraio 2008

4 Sommario 1 Introduzione Lettura e interpretazione delle carte geologiche Elementi di una carta geologica Superfici geologiche e forma degli affioramenti Tipi di superfici geologiche Forma degli affioramenti, inclinazione e topografia Spessore reale e spessore apparente Stratimetria Superfici non piane Misure di strutture geologiche Rappresentazione di superfici geologiche mediante curve di livello Inclinazione reale e inclinazione apparente Faglie Faglie nelle carte geologiche Determinare il rigetto e lo spostamento lungo una faglia Pieghe Riconoscimento di pieghe Sovrapposizione di pieghe e faglie Pieghe in carta e in proiezione stereografica Pieghe cilindriche e pieghe coniche Angolo di apertura e piano assiale Geometria delle pieghe Orientazione di pieghe Asse, piano assiale e misure di strato Sezioni geologiche Introduzione Scegliere l orientazione della sezione Fasi di realizzazione di una sezione geologica Trasferire informazioni dalla carta alla sezione geologica Sezioni geologiche ortogonali alla direzione degli strati, superfici planari Costruzione con curve di livello Proiezione di misure Proiezione di contatti Sezioni geologiche oblique alla direzione degli strati, solo superfici planari Costruzione con curve di livello Proiezione di misure Proiezione di contatti Sommario 3

5 5.4.3 Sezioni in pieghe con asse orizzontale, asse ortogonale rispetto alla sezione geologica Costruzione con curve di livello Proiezione di misure Proiezione di contatti Sezioni in pieghe con asse orizzontale, asse obliquo rispetto alla sezione geologica Costruzione con curve di livello Proiezione di misure Proiezione di contatti Sezioni in pieghe con asse inclinato Depositi quaternari e intrusioni Depositi quaternari Intrusioni Bibliografia APPENDICI A Funzioni trigonometriche B Superfici geologiche da dati di sottosuolo e puntuali B.1 Superfici geologiche da dati di sottosuolo B.2 Contatti geologici da informazioni puntuali C Variazione della scala verticale D Metodi geometrici di costruzione di pieghe D.1 Metodo degli archi di cerchio D.2 Metodo delle bisettrici E Costruzione di profili geologici F Strutture lineari F.1 Tipi di strutture lineari F.2 Intersezione tra piani G Determinare il rigetto di una faglia Sommario

6 1 Introduzione Queste dispense illustrano varie tecniche per la lettura e l interpretazione di carte geologiche e per la realizzazione di sezioni geologiche. Particolare attenzione è posta nella discussione degli aspetti geometrici della rappresentazione geologica cartografica necessari per la costruzione di sezioni geologiche e per la risoluzione di altri problemi geologici particolari. Una discussione dettagliata dei vari tipi di strutture geologiche non rientra tra i fini di queste dispense, di conseguenza verrà assunto che lo studente abbia familiarità con le varie strutture geologiche originate da processi sedimentari (contatti stratigrafici, discordanze, ecc.), magmatici (intrusioni, strutture vulcaniche, filoni, ecc.) e tettonici (pieghe, faglie, scistosità, lineazioni, piani assiali, anticlinali, sinclinali, antiformi, sinformi, ecc.). Viene inoltre assunto che lo studente conosca gli aspetti fondamentali della rappresentazione cartografica (scala, isoipse, ecc.), che sia in possesso delle basi per la lettura delle carte topografiche, quali il riconoscimento di valli, zone montuose, principali forme del rilievo e che sia in grado di realizzare profili topografici. Per affrontare gli argomenti del Capitolo 4.3 è necessario conoscere i metodi di realizzazione delle proiezioni stereografiche. Lettura carte e sezioni geologiche? La realizzazione di sezioni geologiche è illustrata solo nel Capitolo 5 di queste dispense: perché è necessario conoscere quanto riportato nei capitoli precedenti prima di potere costruire una sezione geologica? Realizzare una sezione geologica implica trasferire le informazioni presenti nella carta geologica sulla sezione geologica. Le informazioni presenti sulla carta che sono di importanza per la costruzione di una sezione geologica sono le misure di giacitura degli strati, misure degli assi delle pieghe, posizione delle cerniere delle pieghe, posizione dei piani assiali di pieghe, punti di intersezione tra contatti stratigrafici e contatti tettonici, ecc.. Trasferire queste informazioni dalla carta alla sezione è la parte più difficile nella costruzione di una sezione geologica. Per fare questo vi sono alcune regole geometriche da seguire che saranno illustrate in queste dispense, ma la cui applicazione dipende da (Figura 5-5): tipo di struttura geologica presente in carta (solo strati planari oppure strutture a pieghe); orientazione della sezione geologica rispetto alla direzione degli strati o rispetto all asse delle pieghe (sezione ortogonale oppure obliqua rispetto all asse delle pieghe). inclinazione dell asse delle pieghe (pieghe con asse orizzontale o inclinato). La difficoltà che esiste nella realizzazione di una sezione geologica deriva proprio da questo: la sezione geologica serve per rappresentare in due dimensioni una struttura geologica presente in carta, per costruire una sezione ci sono delle regole da seguire, ma per sapere quali regole seguire è necessario conoscere quali sono le strutture geologiche presenti in carta!!! Per superare questa apparente difficoltà per realizzare una sezione geologica è necessario procedere in questo modo: 1. Inizialmente è fondamentale un analisi accurata della carta geologica (lettura della carta) stabilendo: i) se in carta sono presenti solo strutture geologiche planari (contatti stratigrafici, contatti tettonici, faglie, sovrascorrimenti, ecc.); ii) se in carta sono presenti delle pieghe con asse orizzontale; iii) se in carta sono presenti pieghe con asse inclinato; iv) se la sezione geologica è ortogonale oppure obliqua rispetto alla direzione degli strati; v) se la sezione geologica è ortogonale oppure obliqua rispetto all asse delle pieghe. Questa analisi è basata solamente sull analisi dell andamento dei contatti in carta, cioè dal loro andamento rispetto alle isoipse. In questa fase bisogna accuratamente considerare tutte 1 Introduzione 5

7 le informazioni fornite con la carta (legenda, simbologia usata, schemi tettonici e stratigrafici, ecc.);. 2. Stabilito quali strutture sono presenti in carta si passa alla costruzione vera e propria della sezione, costruendo il profilo topografico e riportando sulla sezione le misure presenti in carta, la posizione delle cerniere delle pieghe, la posizione dei piani assiali di pieghe, punti di intersezione tra contatti stratigrafici e contatti tettonici, ecc.. Se si è correttamente riconosciuto quali sono le strutture presenti in carta è facile riportare le misure sulla sezione in quanto sicuramente si ricade in uno dei seguenti cinque casi (Figura 5-5): i) se sono presenti in carta solo strutture planari e la sezione è ortogonale rispetto alla direzione degli strati (Figura 5-3a) le misure vanno riportate sulla sezione parallelamente alla loro direzione, con la loro inclinazione (inclinazione reale) e alla quota che hanno in carta. La procedura per realizzare una sezione in questo caso è illustrata nel Capitolo a pag. 49. ii) se sono presenti in carta solo strutture planari e la sezione è obliqua rispetto alla direzione degli strati (Figura 5-3b) le misure vanno riportate sulla sezione parallelamente alla loro direzione, con la loro inclinazione apparente e alla quota che hanno in carta. La procedura per realizzare una sezione in questo caso è illustrata nel Capitolo a pag. 55. iii) se sono presenti in carta strutture a pieghe, l asse delle pieghe è orizzontale e la sezione è ortogonale rispetto all asse delle pieghe (Figura 5-3c) le misure vanno riportate sulla sezione parallelamente all asse della piega, con la loro inclinazione reale e alla quota che hanno in carta. La procedura per realizzare una sezione in questo caso è illustrata nel Capitolo a pag. 58. iv) se sono presenti in carta strutture a pieghe, l asse delle pieghe è orizzontale e la sezione è obliqua rispetto all asse delle pieghe (Figura 5-3d) le misure vanno riportate sulla sezione parallelamente all asse della piega, con la loro inclinazione apparente e alla quota che hanno in carta. La procedura per realizzare una sezione in questo caso è illustrata nel Capitolo a pag. 62. v) se sono presenti in carta strutture a pieghe e l asse della piega è inclinato (Figura 5-3e), comunque sia orientata la sezione geologica le misure vanno riportate sulla sezione parallelamente all asse della piega, con la loro inclinazione apparente e ad una quota che è diversa rispetto a quella che le misure hanno in carta. La procedura per realizzare una sezione in questo caso è illustrata nel Capitolo a pag. 63. Queste considerazioni e questo modo di affrontare la realizzazione di una sezione geologica serve anche a spiegare come sono organizzate queste dispense: a) inizialmente sono illustrate le varie parti che compongono una carta geologica e quali informazioni sono in essa riportate (legenda, simbologia, ecc.) (Capitolo 2.1 Elementi di una carta geologica ); b) vengono forniti poi gli elementi necessari per la lettura delle carte geologiche, cioè tutte le informazioni necessarie per riconoscere la giacitura dei contatti geologici dalla sola analisi dell andamento del contatto in carta (Capitolo 2.2 Superfici geologiche e forma degli affioramenti ); c) vengono quindi richiamati alcuni concetti base sulle misure (Capitolo 2.3 Misure di strutture geologiche ) e introdotti alcuni concetti che risulteranno utili in seguito per la costruzione di sezioni geologiche (Capitolo 2.4 Rappresentazione di superfici geologiche mediante curve di livello e Capitolo 2.5 Inclinazione reale e inclinazione apparente ); d) viene poi discusso come riconoscere faglie (Capitolo 3 Faglie ) e pieghe (Capitolo 4 Pieghe ) in una carta geologica, per le pieghe viene illustrato come determinare la giacitura dell asse mediante le proiezioni stereografiche; 6 1 Introduzione

8 e) viene infine illustrato come eseguire una sezione geologica (Capitolo 5 Sezioni geologiche ). 1 Introduzione 7

9 8 1 Introduzione

10 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 2.1 Elementi di una carta geologica Una carta geologica riporta le seguenti informazioni, alcune fondamentali e altre facoltative (Figura 2-1). Il campo carta E la parte centrale della carta geologica, costituita dalla base topografica su cui sono riportate con colori differenti le varie formazioni geologiche. I limiti tra le varie formazioni, cioè le linee che in carta dividono aree di colore differente, sono detti contatti geologici. I contatti geologici possono essere di origine primaria (contatti stratigrafici, discordanze, intrusioni, ecc.) oppure di origine tettonica (faglie, sovrascorrimenti, ecc.) Il titolo Illustra il tipo di carta (es. carta geologica, carta geologico-strutturale, ecc.) e l area interessata (es. Carta geologica dell Appennino settentrionale). La scala La scala della carta viene rappresentata da una scala grafica, con indicazione dell equidistanza delle curve di livello della topografia. La legenda Riporta tutte le unità litostratigrafiche (formazioni, depositi quaternari, ecc.) presenti nella carta geologica. Le unità litostratigrafiche sono riportate dalla più recente alla più antica, dall alto verso il basso e sono accompagnate da una breve descrizione litologica con indicazione dell età. A fianco della descrizione litologica è presente una casella con l indicazione del colore e della sigla con cui l unità litostratigrafica è rappresentata nella carta. In aree deformate le formazioni sono solitamente raggruppate in unità tettoniche, in legenda vengono riportate prima le unità tettoniche che si trovano in alto nella struttura, mentre successivamente vengono riportate le unità tettoniche sottostanti. I segni convenzionali Devono essere riportati tutti i simboli usati nella carta. Sono i simboli con cui si indicano informazioni puntuali come le misure di stratificazione, di foliazioni, fluidalità magmatica, di assi di pieghe, località fossilifere, ecc.. Devono essere indicati i simboli lineari usati per i contatti stratigrafici, le faglie, i sovrascorrimenti, piani assiali, ecc. e quelli areali per l indicazione di zone di taglio duttile o cataclastiche, aree interessate da metamorfismo di contatto, ecc.. I più comuni segni convenzionali sono riportati in Figura 2-2. Il quadro dei rilevatori Riporta le aree rilevate dai singoli rilevatori, con indicazione del periodo in cui è stato effettuato il lavoro sul terreno. Sezioni geologiche Le strutture presenti in una carta geologica sono comunemente rappresentate mediante sezioni geologiche. Una sezione geologica è una rappresentazione delle strutture geologiche su di un piano verticale. Una o più sezioni geologiche sono utili per illustrare l assetto geologico dell area, nella carta devono essere riportate le tracce delle sezioni. La Figura 2-3 riporta i più comuni figurati per rappresentare varie litologie nelle sezioni geologiche. 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 9

11 Figura 2-1 Carta geologica, con indicate le varie parti che la compongono Lettura e interpretazione delle carte geologiche

12 stratificazione stratificazione rovesciata stratificazione verticale stratificazione contatto stratigrafico contatto stratigrafico incerto superficie di scistosità asse di piega lineazione di estensione faglia faglia incerta o sepolta faglia diretta (i trattini indicano la parte ribassata) sovrascorrimento o faglia inversa (i triangoli indicano la parte sovrascorsa) traccia di superficie assiale di anticlinale traccia di superficie assiale di sinclinale traccia di superficie assiale di antiforme traccia di superficie assiale di sinforme A A traccia di sezione geologica Figura 2-2 Segni convenzionali in una carta geologica. Solitamente i contatti tettonici (faglie, sovrascorrimenti) sono riportati con il colore rosso. Figura 2-3 Figurati per rappresentare varie litologie nelle sezioni geologiche. 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 11

13 Schema tettonico Uno schema tettonico ha il compito di rappresentare le strutture geologiche presenti nella carta in un contesto più ampio. Colonne litostratigrafiche Le formazioni riportate in carta sono rappresentate anche come colonne litostratigrafiche con indicazione della litologia e degli spessori. Colori per le unità litostratigrafiche Nelle carte e nelle sezioni geologiche le varie unità litostratigrafiche (formazioni, depositi quaternari, complessi metamorfici, ecc.) sono riportate con colori differenti. E entrato nell uso comune utilizzare alcuni colori per formazioni di età definite, come riportato in Figura 2-4. Questi colori sono stabiliti soprattutto per le formazioni del Mesozoico e del Terziario e solitamente vengono usate varie tonalità del viola-rosa per formazioni triassiche, celeste per il Giurassico, verde per il Cretacico, marrone per il Paleogene e giallo per il Neogene. I depositi quaternari sono solitamente riportati in tonalità azzurro chiaro. 2.2 Superfici geologiche e forma degli affioramenti Tipi di superfici geologiche Per un analisi completa di una carta geologica è necessario conoscere i tipi di rocce affioranti nell area della carta e conoscere origine e natura delle varie superfici che si ritrovano al loro interno. Le superfici che sono riportate in una carta geologica possono essere di origine primaria o di origine tettonica. Le superfici geologiche di origine primaria sono quelle che si sviluppano in un corpo roccioso durante la sua formazione. Rientrano in questo gruppo superfici legate a: a) processi di sedimentazione (contatti stratigrafici, stratificazione, discordanze, ecc.); b) messa in posto di rocce intrusive (contatti tra corpi granitici, contatti tra graniti, filoni e rocce incassanti, ecc.); c) messa in posto di rocce effusive (contatti tra vari tipi di lave, stratificazione in depositi di caduta pliniani, ecc.). La Figura 2-5a illustra alcune superfici di origine primaria. Le superfici di origine tettonica si sviluppano in una roccia successivamente alla sua formazione a seguito di processi deformativi e metamorfici. Rientrano in questo gruppo superfici quali foliazioni, sovrascorrimenti, faglie, giunti di fratturazione, ecc. (Figura 2-5b). Tutti i tipi di superfici viste finora, primarie e tettoniche, avranno diverse espressioni nelle carte geologiche e ciò dipenderà da vari fattori, quali la forma della superficie geologica stessa, la sua orientazione nello spazio, il rilievo topografico e la presenza di coperture quaternarie che possono limitarne l affioramento. E l interpretazione dell andamento tridimensionale delle superfici presenti in una carta geologica che permette la realizzazione di sezioni geologiche e la corretta interpretazione dell evoluzione geologica dell area Forma degli affioramenti, inclinazione e topografia Per interpretare le strutture presenti in una carta geologica è necessario conoscere l orientazione dei contatti stratigrafici e tettonici in essa riportati. Questo è facilitato dalla presenza di misure 12 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche

14 ICS INTERNATIONAL STRATIGRAPHIC CHART International Commission on Stratigraphy Upper Upper Middle Lower Pridoli Ludlow Wenlock Llandovery Famennian Frasnian Givetian Eifelian Emsian Pragian Lochkovian Ludfordian Gorstian Homerian Sheinwoodian Telychian Aeronian Rhuddanian P h a n e r o z o i c P a l e o z o i c Cambrian Ordovician Devonian Upper Middle Lower Middle Lower Upper Middle Lower Lopingian Guadalupian Cisuralian Upper Middle Lower Upper Middle Lower Tithonian Kimmeridgian Oxfordian Callovian Bathonian Bajocian Aalenian Toarcian Pliensbachian Sinemurian Hettangian Rhaetian Norian Carnian Ladinian Anisian Olenekian Induan Changhsingian Wuchiapingian Capitanian Wordian Roadian Kungurian Artinskian Sakmarian Asselian Gzhelian Kasimovian Moscovian Bashkirian Serpukhovian Visean Tournaisian ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±2.3 P h a n e r o z o i c P a l e o z o i c M e s o z o i c Carboniferous Permian Triassic Jurassic ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±1.5 Mississippian Neoproterozoic Mesoproterozoic Paleoproterozoic Neoarchean Mesoarchean Paleoarchean Eoarchean Ediacaran Cryogenian Tonian Stenian Ectasian Calymmian Statherian Orosirian Rhyacian Siderian ~ Pennsylvanian P r e c a m b r i a n 3200 Archean Proterozoic Gelasian Piacenzian Zanclean Messinian Tortonian Serravallian Langhian Burdigalian Aquitanian Chattian Rupelian Priabonian Bartonian Lutetian Ypresian Thanetian Selandian Danian Maastrichtian Campanian Santonian Coniacian Turonian ± ± ± ± M e s o z o i c P h a n e r o z o i c C e n o z o i c 48.6 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.8 Cretaceous Paleogene Neogene Eonothem Eon Erathem Era Sub-Era System Period Epoch Series Stage Age Age Ma GSSP Eonothem Eon Erathem Era System Period Epoch Series Stage Age Age Ma GSSP Eonothem Eon Erathem Era System Period Epoch Series Stage Age Age Ma GSSP Eonothem Eon Erathem Era System Period Age Ma GSSP GSSA Holocene Pleistocene Pliocene Miocene Oligocene Eocene Paleocene Upper Cenomanian 99.6 ±0.9 Albian ±1.0 Aptian ±1.0 Barremian Lower ±1.5 Hauterivian ±2.0 Valanginian ±3.0 Berriasian ±4.0 Quaternary*: Formal chronostratigraphic unit sensu joint ICS-INQUA taskforce (2005) and ICS. Tertiary*: Informal chronostratigraphic unit sensu Aubry et al. (2005, Episodes 28/2) ±4.0 Upper Middle Lower Furongian Series 3 Series 2 Series 1 Hirnantian Katian Sandbian Darriwilian Stage 3 Floian Tremadocian Stage 10 Stage 9 Paibian Stage 7 Drumian Stage 5 Stage 4 Stage 3 Stage 2 Stage ± ± ±2.4 Silurian ± ± ± ± ± ± ±1.7 ~ * ~ * ±2.0 ~ * ~ * ~ * ~ * ~ * ~ * ±1.0 Lower limit is not defined 542 Tertiary* Quaternary * This chart was drafted by Gabi Ogg. Intra Cambrian unit ages with * are informal, and awaiting ratified defnitions. Copyright 2006 International Commission on Stratigraphy Subdivisions of the global geologic record are formally defined by their lower boundary. Each unit of the Phanerozoic (~542 Ma to Present) and the base of Ediacaran are defined by a basal Global Standard Section and Point (GSSP ), whereas Precambrian units are formally subdivided by absolute age (Global Standard Stratigraphic Age, GSSA). Details of each GSSP are posted on the ICS website ( International chronostratigraphic units, rank, names and formal status are approved by the International Commission on Stratigraphy (ICS) and ratified by the International Union of Geological Sciences (IUGS). Numerical ages of the unit boundaries in the Phanerozoic are subject to revision. Some stages within the Ordovician and Cambrian will be formally named upon international agreement on their GSSP limits. Most sub-series boundaries (e.g., Middle and Upper Aptian) are not formally defined. Colors are according to the Commission for the Geological Map of the World ( The listed numerical ages are from 'A Geologic Time Scale 2004', by F.M. Gradstein, J.G. Ogg, A.G. Smith, et al. (2004; Cambridge University Press). Figura 2-4 Scala geocronologica con l indicazione dei colori. 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 13

15 Figura 2-5 (a) Rappresentazione schematica di contatti stratigrafici, discordanze e contatti di rocce intrusive. (b) Rappresentazione schematica di superfici di origine tettonica. nella carta, ma nella maggior parte dei casi l assenza di misure implica che la giacitura dei contatti deve essere stabilita durante la lettura della carta dal loro andamento in carta. E quindi di fondamentale importanza riconoscere direzione e inclinazione di uno strato dalla semplice analisi della carta geologica, basandosi sull intersezione dello strato con la superficie topografica. In Figura 2-6 e in Figura 2-7 sono riportate le possibili giaciture di uno strato rispetto al pendio. Dalle due figure si vede come le possibili giaciture di uno strato rispetto al versante sono le seguenti. 1. Strato orizzontale (Figura 2-6a, Figura 2-7a). L intersezione di uno strato orizzontale con una qualsiasi superficie topografica genera contatti sempre paralleli alle isoipse della carta topografica. 2. Strato inclinato a reggipoggio (Figura 2-6b, Figura 2-7e). Strati inclinati con direzione di immersione opposta a quella del versante (strati a reggipoggio) producono contatti con andamento sinuoso che in corrispondenza delle valli hanno una forma a v e in corrispondenza dei dossi una forma concava. Nelle valli la punta della v è diretta verso la formazione sovrastante, mentre in corrispondenza dei dossi è la concavità ad essere rivolta verso la formazione sovrastante. 3. Strato verticale (Figura 2-6c, Figura 2-7d). Nel caso di uno strato verticale i contatti sono rettilinei, indipendentemente dalla topografia dell area. La direzione dei contatti in carta ci fornisce la direzione dello strato. 4. Strato inclinato a franapoggio, con inclinazione maggiore del versante (Figura 2-6d, Figura 2-7c). Strati inclinati con direzione di immersione concordante con quella del versante (strati a franapoggio) e inclinazione maggiore di quella del versante producono contatti con andamento sinuoso che in corrispondenza delle valli hanno una forma a v e in corrispondenza dei dossi una forma concava, analogamente a quanto visto per gli strati a reggipoggio. Nelle valli 14 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche

16 Figura 2-6 Schemi tridimensionali delle possibili giaciture di una superficie geologica (strato in nero) rispetto al versante. (a) Strato orizzontale. (b) Strato a reggipoggio. (c) Strato verticale. (d) Strato a franapoggio, più inclinato del versante. (e) Strato a franapoggio, meno inclinato del versante. la punta della v è diretta verso la formazione sovrastante, mentre in corrispondenza dei dossi è la concavità ad essere rivolta verso la formazione sovrastante. 5. Strato inclinato a franapoggio, con inclinazione minore del versante (Figura 2-6e, Figura 2-7b). Strati inclinati con direzione di immersione concordante con quella del versante (strati a franapoggio) e inclinazione minore di quella del versante producono contatti con andamento molto sinuoso che in corrispondenza delle valli hanno una forma a v e in corrispondenza dei dossi una forma concava. Anche in questo caso nelle valli la punta della v è diretta verso la formazione sovrastante, mentre nei dossi è la concavità ad essere rivolta verso la formazione sovrastante. Gli esempi precedenti illustrano come diverse giaciture di uno strato producano contatti con andamento differente in carta. Altri esempi sono riportati in Figura 2-8. E importante notare che uno strato con spessore e inclinazione costante può avere un andamento molto sinuoso in carta se la topografia ha un andamento complicato. I contatti cambiano andamento dove il versante cambia di pendenza, in zone pianeggianti i contatti hanno orientazione circa parallela alla direzione dello strato, mentre nelle zone più acclivi questo non avviene Spessore reale e spessore apparente L intersezione di uno strato con la superficie topografica determina la forma di affioramento di questo strato sulla carta geologica. La forma dell affioramento sarà determinata dallo spessore dello strato, dall orientazione dello strato (immersione e inclinazione) e dalla forma della superficie topografica. In una carta geologica si vede come per strati di inclinazione costante l ampiezza dell affioramento in carta aumenta con l aumentare dello spessore dello strato (Figura 2-9a); un aumento in carta dell ampiezza dell affioramento può essere prodotto anche da una diminuzione dell inclinazione degli strati (Figura 2-9b), anche se il loro spessore rimane costante. Nel caso di strati verticali lo spessore misurato in carta è uguale allo spessore reale. 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 15

17 B FOSSO COSTA A B a) A B FOSSO COSTA A B b) A B FOSSO COSTA A B c) A B FOSSO COSTA A B d) A B FOSSO COSTA A B e) A Figura 2-7 Carte e sezioni geologiche illustranti le possibili giaciture di un contatto rispetto al versante. (a) Strato orizzontale. (b) Strato a franapoggio, meno inclinato del versante. (c) Strato a franapoggio, più inclinato del versante. (d) Strato verticale. (e) Strato a reggipoggio Lettura e interpretazione delle carte geologiche

18 Figura 2-8 Sinuosità in carta di un contatto a franapoggio in funzione della sua inclinazione. In generale l ampiezza dell affioramento è funzione dell angolo tra lo strato e la superficie topografica. Se i due sono ad alto angolo (affioramento 1 in Figura 2-9c) l ampiezza dell affioramento è minima, aumenta invece se l angolo tra i due è piccolo (affioramento 2 in Figura 2-9c). u t 1 u 2 w w (a) (b) (c) Figura 2-9 (a) Schema tridimensionale mostrante i rapporti tra spessore di uno strato e ampiezza dell affioramento. La superficie orizzontale rappresenta la carta geologica. (b) Schema tridimensionale mostrante i rapporti tra inclinazione di uno strato e ampiezza dell affioramento. (c) Sezione in un rilievo montuoso orientata ortogonale alla direzione dello strato. w è l ampiezza dell affioramento sul terreno, u è l ampiezza dell affioramento misurata sulla carta geologica, t è lo spessore reale dello strato. 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 17

19 2.2.4 Stratimetria In questo capitolo vedremo i metodi per ricavare indirettamente lo spessore di uno strato nei casi in cui in campagna non sia possibile misurare direttamente il suo spessore. Il caso più semplice si ha nel caso di una topografia orizzontale, per misurare uno strato inclinato è sufficiente misurare l ampiezza dell affioramento nella direzione di immersione, cioè nella direzione ortogonale alla direzione. Lo spessore dello strato è: t = wsinδ (Figura 2-10a). Se la superficie topografica non è orizzontale il calcolo dello spessore reale di uno strato richiede di conoscere l ampiezza dell affioramento come misurabile in campagna, l inclinazione dello strato e l inclinazione del pendio. Le formule trigonometriche sono riportate in Figura 2-10b per strati a franapoggio meno inclinati del pendio, in Figura 2-10c per strati orizzontali, in Figura 2-10d, e, f per strati a reggipoggio, in Figura 2-10g per strati verticali e in Figura 2-10h per strati a franapoggio più inclinati del pendio. Se la superficie topografica non è orizzontale e se non è possibile conoscere l ampiezza dell affioramento in campagna, è comunque possibile misurare lo spessore dello strato ricavando dalla carta geologica l ampiezza dell affioramento e il dislivello tra il contatto superiore e inferiore, oltre all inclinazione dello strato e all inclinazione del pendio. Le formule trigonometriche sono riportate in Figura 2-10i per strati a franapoggio meno inclinati del pendio, in Figura 2-10l per strati a reggipoggio e in Figura 2-10m per strati a franapoggio più inclinati del pendio. Figura 2-10 Misura dello spessore di uno strato. Lo spessore reale dello strato è t, w è l ampiezza dell affioramento misurabile in campagna, h è l ampiezza dell affioramento ricavabile dalla carta geologica, v è il dislivello tra il contatto superiore e inferiore, δ è l inclinazione dello strato e σ è l inclinazione del pendio. (a) Misura nel caso di topografia orizzontale. (b-h) Misura dello spessore conoscendo l ampiezza in campagna dell affioramento (w). (i-m) Misura dello spessore ricavando l ampiezza dell affioramento dalla carta geologica e il dislivello tra i due contatti Lettura e interpretazione delle carte geologiche

20 Centro di Geotecnologie Superfici non piane In tutti gli esempi visti in precedenza abbiamo trattato superfici geologiche piane, cioè con inclinazione costante in tutta l area di affioramento. Questa condizione solo raramente si verifica in natura o comunque solo per aree limitate, nella maggior parte dei casi l inclinazione di una superficie geologica non è costante, ma varia da punto a punto in una carta geologica. La carta geologica di Figura 2-11 mostra un esempio di un contatto geologico che varia di inclinazione. Dall analisi dell andamento del contatti si vede che questo immerge verso sud-ovest. Nella zona topograficamente più elevata (area b ), il contatti taglia ad alto angolo le isoipse e quindi sono abbastanza inclinato, nella valle il contatti è circa parallelo alle isoipse e quindi circa suborizzontale. Il contatto è orizzontale nella valle, nella parte occidentale della carta. 20 α β γ Figura 2-11 Contatto geologico con inclinazione variabile. Dove il contatto taglia ad alto angolo le isoipse (α) il contatto è abbastanza inclinato, dove l angolo è minore (β) il contatto ha inclinazione minore, dove è parallelo alle isoipse (γ) il contatto è orizzontale. 2.3 Misure di strutture geologiche L orientazione (o giacitura) di una struttura geologica planare (es. stratificazione, foliazione, ecc) o lineare (es. flute cast, asse di piega, strie di faglia, ecc.) può essere indicata in una carta geologica mediante una misura. Vediamo come si rappresentano misure, ricordando che in geologia i termini direzione, direzione di immersione, linea di massima pendenza e inclinazione non sono sinonimi e hanno significato ben preciso che il geologo deve assolutamente conoscere. Alcune definizioni per strutture geologiche planari (Figura 2-12): l intersezione tra una superficie geologica inclinata (es. uno strato, una foliazione, una faglia, ecc.) e un piano orizzontale definisce una linea, questa linea è la direzione (ingl. strike) di tale superficie geologica; la direzione è l unica linea orizzontale esistente sulla superficie geologica e varia tra 0 e 180, potendo essere misurata sia in senso orario sia in senso antiorario; 2 Lettura e interpretazione delle carte geologiche 19