GNGTS – Atti del 23° Convegno Nazionale / 15.04
G. Tabellario (1), E. Armadillo (1) e F. Ferraccioli (2)
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Dipartimento per lo Studio del Territorio e delle sue Risorse, Università di Genova, Italy
British Antarctic Survey, High Cross, Cambridge, UK
MODELLO CROSTALE DEL RENNICK GRABEN DA DATI DI CAMPI
DI POTENZIALE (NORTH VICTORIA LAND, ANTARTIDE)
Le indagini lito-astenosferiche sono uno dei principali obiettivi delle ricerche
delle scienze della Terra nel continente Antartico. La copertura glaciale e le estreme
condizioni ambientali spesso ostacolano le indagini geologiche di superficie,
fornendo ulteriore importanza ai metodi di esplorazione geofisica ed all’esigenza di
interpretazioni integrate.
La combinazione di studi aeromagnetici, elettromagnetici, sismici e gravimetrici,
forniscono informazioni fondamentali sulle proprietà fisiche di contrapposti blocchi
crostali e con esse nuovi constraint profondi in aree dove le ipotesi geologiche sono
poche e talora contraddittorie.
È in questo contesto che nell’ambito del Progetto nazionale di Ricerche in
Antartide (PNRA) nasce il progetto multidisciplinare BACKTAM (BACKside of the
TransAntarctic Mountains) che attraverso una collaborazione Italo-Tedesca si
propone di caratterizzare tramite indagini geofisiche il rapporto che intercorre tra il
“backside” della Catena (TAM) ed il margine del Cratone Est-Antartico (EAC).
Nella campagna antartica 1999-2000 di questo progetto sono stati acquisiti
nuovi dati geofisici nella North Victoria Land (NVL) e particolarmente lungo la costa
Pacifica dell’Oates Land e della George V Land. In questo lavoro vengono analizzati
ed interpretati tramite modelling integrato i dati aeromagnetici, elettromagnetici e
gravimetrici lungo un profilo che taglia trasversalmente i Terranes della North Victoria
Land, la struttura del Rennick Graben (RG) ed i principali lineamenti strutturali (Leap
Year fault, Lanterman Fault, Wilson Thrust).
In accordo con i principali Autori che hanno discusso l’argomento (cfr.
bibliografia) il basamento della NVL può essere suddiviso in tre Terranes accreti al
Cratone Antartico Orientale in età Paleozoica (Early); Il Robertson Bay Terrane
(RBT) a nord-est, Il Bowers Terrane (BT) nella parte centrale ed il Wilson Terrane
(WT) ad ovest (Gair ed al., 1969; Fig.1).
Il RBT è costituito da una sequenza molto potente di sedimenti marini di
piattaforma continentale (grovacche torbiditiche e argilliti) ed è stato deformato,
metamorfosato ed intruso dai corpi plutonici Devoniani dell’Admiralty intrusives
(Talarico et al., 1992).
Il BT è formato da rocce vulcaniche e sedimentarie principalmente di età
Cambriana. Dati aeromagnetici (Finn et al., 1999; Ferraccioli et al., 2002) e
geochimici (Weaver et al., 1984) suggeriscono la possibilità che il BT includa un
frammento di crosta oceanica obdotta durante l’orogenesi di Ross.
Il WT ha avuto una storia metamorfica più complessa. Le sequenze
metasedimentarie che lo caratterizzano infatti includono relitti di un complesso
granulitico (Colombo et al., 1997) e registrano un metamorfismo di bassa pressione
di grado da basso ad alto (Grew et al., 1984). Il WT è intruso dai Granite Harbour
intrusive Cambro Ordoviciani (Gunn and Warren, 1962), una serie di intrusioni
calcalcaline interpretate in termini di arco magmatico (Borg e Stump 1987). La
struttura dei tre Terranes è dominata da thrusts NW-SE e faglie trascorrenti
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(Flottmann and Kleinschmidt, 1993). I thrust ereditati dall’Orogenesi di Ross sono
stati riattivati come faglie trascorrenti durante il Cenozoico (Rossetti et al., 2003).
Fig. 1 - Schema geologico della NVL. La linea tratteggiata indica il profilo in studio.
La Leap Year Fault (LYF) e la Lanterman Fault (LF) sono i due thrust principali
con senso di trasporto verso NE, il primo separa il RBT dal BT, il secondo separa il
WT dal BT (Flottmann and Kleinschmidt, 1991).
Due thrust di età Ross, il Wilson Thrust e l’Exile Thrust attraversano il WT dalla
costa Pacifica (Flöttmann and Kleinschmidt, 1991) e probabilmente continuano verso
sud nell’area del Rennick Graben (Läufer and Rossetti, 2003). In questo lavoro sono
stati utilizzati dati elettromagnetici (GDS), aeromagnetici e gravimetrici a terra (Fig.
2).
Aeromagnetismo – Il rilievo areomagnetico regionale condotto nel progetto
BACKTAM era finalizzato all’individuazione di differenti province crostali, limiti tra
terranes, faglie, corpi magmatici intrusivi ed effusivi. La spaziatura delle linee di volo
adottata è stata di 4.4 km per i profili e 22 km per le tie lines. Nel complesso l’area
coperta è stata di 24000 km2 per 7095 km complessivi di linee di volo.
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Fig. 2 - Dati lungo il profilo utilizzati per il modelling. A) profondità bedrock B) profilo magnetico C)
profilo gravimetrico D) vettori di induzione GDS.
Geomagnetic Deep Sounding (GDS) – Le investigazioni GDS si basano su
array di variometri fluxgate a tre componenti. Lo studio dei vettori induzione e delle
pseudosezioni di resistività elettrica profonda permettono di ottenere informazioni
sulla presenza di fluidi, melting, reologia della regione e presenza di anomalie
termiche litosferiche. I dati sono stati acquisiti da nove stazioni allineate lungo un
profilo che taglia trasversalmente il RG dall’Everett al Daniels Range (Armadillo et
al., 2004). Alla parte reale delle funzioni di trasferimento è stata applicata la tecnica
di inversione proposta da Siripunvaraporn and Egbert (2000) utilizzando il modello di
riferimento della distribuzione verticale di conducibilità elettrica quello proposto da
Hermance (1995).
Gravimetria – Le nuove misure hanno integrato quelle acquisite in precedenti
spedizioni. È stato utilizzato un gravimetro Lacoste-Romberg mod. G con apertura e
chiusura su di un punto secondario localizzato nell’area del Lillie Glacier collegato a
sua volta al punto di gravità assoluta della Base Mario Zucchelli (BMZ). Alle misure
gravimetriche sono state abbinate misure GPS con sessione di 30’ in assetto
differenziale per un’accurata localizzazione del punto stazione, al fine delle correzioni
canoniche da apportare al dato.
Il modelling integrato (Fig. 3) è stato eseguito tramite il programma GM-SYS
(Geosoft). Inizialmente sono stati utilizzati i soli profili magnetico e gravimetrico che
successivamente sono stati comparati con il modello GDS.
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Fig. 3 - Esempio di modello crostale ottenuto tramite integrazione dei dati magnetici e gravimetrici
lungo il profilo di studio.
L’analisi preliminare dei dati che rappresentano un data-set unico in Antartide
ha evidenziato alcuni interessanti aspetti che hanno permesso di fornire nuove
informazioni sulla struttura profonda dei Terranes aggiungendo ulteriori “vincoli” ai
modelli geologici fino ad ora proposti (per esempio Finn et al., 1999; Ferraccioli et al.,
2002; Rossetti et al., 2003). In particolar modo:
•
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Il Bowers Terrane settentrionale come proposto dalla contrastante segnatura
magnetica e gravimetrica con il BT meridionale (Ferraccioli et al., 2002; Finn et
al., 1999), da dati geochimici sul Glasgow Volcanics (Weaver et al., 1984) e
dalla presenza di clasti di rocce intrusive mafiche ed ultramafiche nell’Husky
Conglomerate del LR (Weaver et al., 1984; Capponi et al., 1999b) è stato
interpretato come una rimanenza di crosta oceanica obdotta durante l’orogenesi
di Ross (Ferraccioli et al., 2002). Nel modelling il RG è contrassegnato da
un’anomalia gravimetrica negativa, in contrapposizione alle Bowers Mountains
che sono caratterizzate da un anomalia di Bouguer positiva con un gradiente tra
le due di circa 100 mGal. Il modello rivela che questa anomalia è causata da un
corpo ad alta densità riaffermando quanto proposto da Ferraccioli et al. (2002).
Il dato elettromagnetico a sua volta mostra un conduttore superficiale (100 ohm
m) localizzato ad una profondità di circa 10 km sotto le BM. Simili anomalie
sono osservate ad esempio in California dove vengono associate a corpi
ofiolitici (Unsworth et al., 1997).
Lo spessore della crosta dedotto da dati sismologici (Agostinetti et al., 2004)
nell’area del RBT risulta essere dell’ordine dei 24-26 km in accordo con gli studi
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gravimetrici di Ritzwoller et al. (2001). L’area del Rennick Graben come
descritta da Agostinetti et al. (2004) mostra un’ambiguità maggiore
evidenziando due interfacce principali a 26 e a 38 km. Nell’area dell’Oates Land
invece la Moho è valutata tra i 31 e 32 km in accordo con lo spessore crostale
medio dell’Antartide Orientale come dedotto da dati gravimetrici. In via
speculativa, considerando uno spessore crostale nell’area del RG di 26 km si
potrebbe pensare ad una importante struttura continentale di rift, piuttosto che
un semplice graben. D’altra parte questa ipotesi contrasterebbe con il modello
elettromagnetico 2D che mostra nella crosta superiore dell’area del RG un’area
resistiva, contrariamente a quanto si vede in rift continentali in altre parti del
mondo, tuttavia una crosta superiore resistiva è riscontrabile in prossimità di
importanti strutture trascorrenti. Inoltre alti valori di resistività elettrica sono stati
riscontrati anche nel Byrd Subglacial Basin che rappresenta una possibile
struttura di rift non attiva del West Antarctic Rift System (Wannamaker et al.,
1996). Ciò potrebbe far pensare ad un rift passivo formato in risposta alla
trastensione Cenozoica fra l’Antartide orientale ed occidentale.
Uno dei principali temi scientifici in discussione nel Progetto BACKTAM era
quello della presenza di sedimenti all’interno del Rennick Graben. Certamente
la mancanza di un marker sedimentario post Giurassico noto, come
testimonianza di rifting, è problematica. Il modello derivato dall’integrazione dei
dati magnetici e gravimetrici denota uno spessore sedimentario dell’ordine
minimo di alcuni km a conferma dei modelli gravimetrici proposti
precedentemente (Reitmayr, 1997). I sedimenti modellizzati sebbene
diminuiscano di spessore procedendo verso ovest non sembrano esaurirsi in
prossimità del MR. Ciò indicherebbe una struttura più ampia di quelle ad oggi
descritte (per esempio Tessenshon, 1994; Rossetti, 2003). In questo contesto il
MR troverebbe spiegazione in un horst all’interno del graben.
Infine l’anomalia magnetica e gravimetrica presente nell’area del Lillie Glacier
può essere ragionevolmente spiegata con la presenza di un plutone granitico
come testimoniano gli affioramenti presenti nell’area.
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