Architettura deposizionale

 

PREMESSA: L’ANALISI DI FACIES ED I SUOI LIMITI

Il concetto della modellizzazione degli ambienti sedimentari tramite l’analisi verticale di facies (l’applicazione pratica dei principi stratigrafici di base e della legge di Walther) è stato il metodo più riuscito, ideato dai sedimentologi, per classificare e spiegare la deposizione degli antichi sedimenti. Successivamente alla definizione delle linee operative generali del metodo, avvenuta negli anni ’60, e basato sulla misura di dettaglio di una serie numerosa di sezioni stratigrafiche da correlare l’un l’altra in un momento successivo, i sedimentologi hanno sempre presentato accuratissimi profili verticali sui diversi ambienti deposizionali, organizzandoli in modo tale da fornire in maniera sintetica tutte le informazioni raccolte dalla ricerca sul campo. Da questi, quando possibile, sono discesi poi gli schizzi paleogeografici ed i block diagram: in questo modo si è tentato di estrapolare al tridimensionale, tramite correlazioni di vario tipo (litologiche, biostratigrafiche, etc.), le informazioni locali ottenute dalle sezioni verticali.

Questo è stato efficace, e lo è ancora, in tutti quei tipi di successioni in cui risulti una persistente continuità ed uniformità laterale delle facies, mentre per contro il metodo si è mostrato insufficiente nel momento in cui queste caratteristiche di continuità ed uniformità venissero a mancare. Un esempio calzante è dato dall’ambiente alluvionale: al di là dell’inquadramento generale di ogni caso specifico all’interno del classico e semplice schema conoide-fiume intrecciato-fiume a meandri-piana costiera (che con il progredire delle conoscenze si è rivelato alla lunga troppo generico), qualora si fosse cercato di immaginare una modellizzazione più dettagliata, ogni situazione stessa veniva a fare modello a sé, e non risultava così possibile una generalizzazione. Veniva cosi a perdersi quella che era stata la forza trainante del modello verticale delle facies: lo sviluppo di una visuale unificante all’interno di ogni tipo di ambiente.
In realtà
, è stato necessario del tempo prima che si assimilasse che i numerosissimi modelli deposizionali fluviali costituivano i diversi punti di un continuum, continuum definito come multidimensionale a causa della complessità degli specifici fattori di controllo dell’ambiente, parzialmente interdipendenti, anche se in definitiva sempre legati a tettonica ed eustatismo, regolatori del livello di base, motore del tutto: conseguentemente, il proseguire degli studi lungo la stessa linea avrebbe dato solo ulteriori modelli, punti su questo continuum: si è reso quindi necessario un tipo di approccio diverso: un approccio descrittivo e non interpretativo, e quantomeno bidimensionale, se non tridimensionale.


IL NUOVO APPROCCIO: IL METODO DI MIALL

Questo nuovo tipo di approccio, che amplia l’analisi dei litosomi da uni- a tridimensionale, tuttavia doveva tenere conto della suddivisione delle forme di fondo fluviali: ricordiamo che le forme di fondo (bedforms) non sono altro che configurazioni del fondale di varia forma e dimensione legate ai processi di trasporto: esse si suddividono in micro-, meso- e macro forme.

Le bedforms
Le microforme sono le strutture a piccola scala che si formano a seguito delle variazioni di turbolenza che si sviluppano pressoché normalmente nella parte interna dello strato limite turbolento, come i ripple mark e le lineazioni longitudinali da corrente; le mesoforme sono forme più grandi che si creano per “eventi dinamici”, come i fenomeni di piena: canali minori, dune, antidune, onde di sabbia (sand waves), “unità di barra” (barre longitudinali, trasversali, diagonali); le macroforme invece sono il prodotto di eventi dinamici plurimi, che si sviluppano lungo archi di tempo che variano dalle decine alle migliaia di anni, e costituiscono i canali maggiori e le più grandi unità di barra composite (side bar, point bar, sand flat).
Chiaramente, queste
varie forme di fondo, dalle più piccole alle più grandi, si sovrappongono le une sulle altre a costituire forme composite.


Istituzione degli elementi architetturali e le loro basi
L’ipotesi fondamentale su cui si basa il metodo di Miall, è che alla scala dei più piccoli elementi costituenti le macroforme di canale esistano solo 8 (ora 9, con in più 5 elementi di contesto di tracimazione) elementi architetturali di base, definiti da a) granulometria b) forme di fondo c) sequenze interne d) geometria esterna. Tutti i depositi fluviali sarebbero costituiti da varie proporzioni di questi elementi.
Da queste ipotesi e premesse, negli anni ‘80 e ‘90 del secolo scorso Allen prima (1983), e Miall poi (1985, 1988, 1996), hanno iniziato a suggerire, per questi tipi di ambiente, un diverso metodo di studio: un metodo in primo luogo legato all’individuazione di litofacies oggettive e di superfici limite (bounding surfaces) fra i litosomi, queste ultime che permettessero, oltre che di delimitare gli elementi architetturali di base, di discriminare, attraverso la loro importanza, fra controlli autociclici ed allociclici.
Un’ulteriore semplificazionedel metodo di Miall sta nel attribuire i diversi elementi a due raggruppamenti architetturali di grado ancora superiore (“sovra-elementi”), onnicomprensivi rispettivamente di tutti i corpi canalizzati e di tutti i corpi da tracimazione: i “canali” (CH, “channels”) e i “corpi di piana” (OF, “overbank fines”). In questa maniera, l’architettura deposizionale di un sistema fluviale verrebbe ad essere costituita da elementi CH (GB, SB, SG, LA, ecc), che corrisponderebbero a quello che dal punto di vista puramente sedimentologico veniva chiamato “carico di fondo ”, e da elementi OF (FF, LV, CS, CR, [CH(FF)]); che equivarrebbero all’antico “carico sospeso”.

BoundingSurfaceHierarchy

Scala degli elementi deposizionali in un sistema fluviale,
che evidenzia la gerarchia fra le superfici limite.
I numeri cerchiati indicano il grado delle superfici limite.
In (C) i codici a due lettere indicano il tipo di elementi architetturali.


I CONCETTI CARDINE DEL METODO DI MIALL

Il metodo di Miall è basato su tre concetti cardine:
A) la definizione codificata di litofacies basata su granulometrie e strutture sedimentarie;
B) l’individuazione di superfici limite gerarchizzate fra litosomi (gli “elementi architetturali”);
C) la definizione, tramite le litofacies e le superfici limite, di “elementi architetturali” tridimensionali, le cui mutue relazioni consentono di ricostruire, con un certo grado di attendibilità, ambienti e subambienti deposizionali.
In questo modo, si torna ad un metodo puramente descrittivo ed oggettivo: il sedimentologo viene cosi liberato dalla facilitazione, che in realtà è un limite, del modello preconcetto.

Le litofacies
Lo schema delle litofacies proposto da Miall risulta efficace, in quanto prende in considerazione granulometrie (Ghiaie, Sabbie, Fini) con l’aggiunta di Carboni e Paleosuoli, e ad esse associa le strutture sedimentarie presenti (struttura massiva, laminazioni parallele, incrociate, mud-crack, ecc.): viene anche fornita la più probabile interpretazione del processo sedimentario responsabile della litofacies. Tuttavia, come già avverte lo stesso autore, tale schema può non essere completo o esauriente: infatti deve essere adattato alle singole situazioni e non utilizzato passivamente, in quanto in questa maniera le litofacies a caratteri intermedi possono essere, per cosi dire, forzate in una data litofacies pur non avendone gli specifici caratteri. Alcuni autori spagnoli hanno esteso lo schema di Miall, incorporando nelle litofacies anche la forma del litosoma corrispondente.
Le superfici limite
La prima proposta di superfici limite gerarchizzate è di Allen (1983); egli definisce 3 tipi di superfici: di 1° di 2° e di 3° grado. Le superfici di 1°ordine semplicemente separano l’uno dall’altro semplici set; quelle di 2° ordine delimitano una serie di forme di dimensione variabile dai coset ad alcuni degli elementi architetturali piu piccoli; le superfici di 3° ordine marcano la base dei canali e suddividono fra loro elementi architetturali più complessi.
Miall, inizialmente (1985), nella definizione delle litofacies e degli elementi architetturali, lascia invariata questa prima descrizione delle superfici limite; in un secondo momento (1988) vi aggiunge maggiore dettaglio, nel particolare suddividendo la superficie di 2° ordine in superfici di 2°, 3° e 4° ordine, così rispettivamente rappresentando: nelle superfici di 2° ordine, variazioni minime di direzione o di intensità all’interno di un singolo episodio di flusso suddividendo coset di tipo o orientazione diversa; nelle superfici di 3° ordine, importanti variazioni di livello idrometrico all’interno di un singolo flusso, che possono portare ad una quantomeno parziale erosione della precedente forma, ma non mutamenti di stile o di orientazione: ad esse appartengono le epsilon cross bedding; le superfici di questo ordine fanno in pratica le veci di superfici di riattivazione a grande scala; le superfici di 4° ordine sono superfici piatte o tipicamente convesse verso l’alto, erosive a basso angolo, che suggeriscono una riorganizzazione delle precedenti macroforme fluviali (dovute alle piene precedenti) durante una nuova piena principale, un evento con intervallo di ritorno compreso fra i 100 ed i 1000 anni; esiste un altro tipo di superficie di 4° ordine: la base dei canale minore o del canale di chute; le superfici di 5° ordine (coincidenti con quelle di 3° ordine di Allen) sono piatte o concave e delimitano alla base i canali principali ed i complessi di riempimento di canale, con erosione e lag basale; le superfici di 6° ordine, coincidenti con il V° ordine della stratigrafia sequenziale, definiscono la base di gruppi di canali o di paleovalli, o la base di sequenze di conoide o di sequenze minori. Successivamente, Miall (1996) ha aggiunto superfici di 7° (piatte e regionalmente estese, base di una valle incisa o di un sistema deposizionale principale) ed 8° ordine (disconformità regionali), coincidenti con i cicli sequenziali di IV° e di III° ordine.
Chiaramente, anche le cause che determinano le superfici limite mutano da prettamente autocicliche ad allocicliche: si passa progressivamente dalla semplice, minima variazione dell’energia di flusso nel corso d’acqua, che determina mutamenti nelle microforme, alla modifica della macroforma (migrazione di canale o/e di barra) durante una piena, all’avulsione fluviale, ai cicli milankoviani, per finire, nel caso delle superfici di 8° ordine, ai processi tettonici ed eustatici a scala più estesa.

ElementiArchitetturali

Elementi architetturali di contesto di canale

Gli elementi architetturali
Gli elementi architetturali sono di due pertinenze: canalizzati e di piana di esondazione o tracimazione (overbank) e sono costituiti da specifiche associazioni di litofacies. Fra essi distinguiamo, nel contesto canalizzato:
I canali CH, elementi che possono essere sua composti da un unico altro elemento, sia essere composti da numerosi elementi diversi (in realtà l’elemento CH può essere inteso come un sovraelemento); le barre e forme di fondo ghiaiose GB; le forme di fondo sabbiose SB; le macroforme ad accrezione sottocorrente DA; le macroforme ad accrezione laterale LA; le depressioni erosive HO; i flussi gravitativi di sedimento SG; le “lame” di sabbia laminata LS; i fini di tracimazione presenti sporadicamente all’interno del canale FF.
Nel contesto di tracimazione sono distinguibili invece: i depositi di argine LV; i canali di rotta CR; i lobi di rotta CS; i sedimenti fini deposti nei canali abbandonati e nei laghi di meandro (oxbow lake) [CH(FF)]; i sedimenti fini di piana alluvionale FF.

LateralAccretion-copia

Elementi architetturali di canale ad accrezione laterale

OverbankElements


ASSOCIAZIONI FRA ELEMENTI ARCHITETTURALI: GLI “STILI FLUVIALI”

Da queste premesse, e come specificato, Miall dimostra che le associazioni possibili fra i vari elementi architetturali sono in pratica infinite ed in grado di ricoprire pressoché tutto lo spettro situazionale reale; come esempio, Miall propone una serie di “modelli” o “stili fluviali”, cercando di ricoprire i casi più tipici dello spettro esistente: dai quelli prossimi o facenti parzialmente parte dei sistemi di conoide, ai fiumi intrecciati più o meno sinuosi, a quelli a meandri più o meno grossolani, a quelli anastomosati; tuttavia l’autore sottolinea che tali esempi devono fungere non da termini di riferimento per lavori futuri, ma unicamente da spunto esemplificativo di come si possa analizzare i depositi fluviali tramite il metodo dell’Architettura deposizionale.

Modelli1234Miall

Modelli5678Miall

Modello9101112Miall


IL MODUS OPERANDI NELLA PRATICA DI CAMPAGNA

Il classico modus operandi prende l’avvio dalla ricerca in campagna di affioramenti lateralmente estesi che permettano osservazioni tridimensionali, o almeno bidimensionali, allo scopo di poter definire correttamente la geometria dei diversi litosomi. Una volta rinvenuti e scelti questi, si esegue dapprima un fotomosaico. Questo, attualmente, con l’aiuto della fotocamera digitale e di un computer portatile, può essere composto direttamente in campagna e vi possono essere tracciate tramite un programma di fotoritocco le iniziali, ipotetiche superfici limite. Un primo sopralluogo ravvicinato per definire in generale il tipo generale di litofacies presenti è sempre opportuno.
Successivamente, con un primo modello disegnato alla mano, si eseguono numerose traversate dell’affioramento, sia in senso verticale che laterale, di numero congruo alla sua estensione, allo scopo di definire le litofacies nel dettaglio, di controllare l’esattezza delle superfici limite ed il loro grado, ed in definitiva, di delimitare geometricamente e di classificare gli elementi architetturali presenti. In presenza di una formazione estesa a livello regionale, saranno necessari, per la sua ricostruzione di dettaglio, numerosi affioramenti e numerosi procedimenti di questo tipo. Come premesso dallo stesso Miall, vista la variabilità dei casi del sistema fluviale, non è escluso che durante lo studio si definiscano litofacies specifiche per quel sistema fluviale, o addirittura, anche se più difficile, ulteriori elementi architetturali, che accorpano o svincolano elementi precedenti.

DettaglioPanoramicaGenDoubl

Tuppa Niedda (Arburese, Sardegna SW):
esempio di architettura deposizionale di un affioramento molassico del Carbonifero superiore (da Costamagna & Barca, 2008)


VANTAGGI DALL’USO DEL METODO

Qual è il principale pregio di questa metodica? L’oggettività, dovuta all’osservazione ed alla descrizione accurata degli affioramenti. Non è necessario riferirsi ad alcun modello precedente: in base alle numerose, differenti variabili sia auto- che allocicliche (clima, contesto tettonico, portata, regime, litologie del bacino di alimentazione, orientazione preferenziale dell’asta, lunghezza, ecc.) che caratterizzano ogni bacino fluviale, ciascun corso d’acqua, pur all’interno dei limiti intrinsecamente imposti dal contesto alluvionale, può fare storia a se ed essere caratterizzato da un proprio modello geometrico e di sviluppo. L’importante è avere un numero congruo di affioramenti sufficientemente estesi sia in senso verticale che laterale, e, dati questi, condurre un’oggettiva descrizione degli affioramenti stessi: in tale modo la definizione del contesto deposizionale verrà quasi spontaneamente. È inoltre importante sottolineare che, una volta in possesso di un concreto, attendibile modello deposizionale generale, ci si potrà occupare nel dettaglio della precisa definizione dei suoi fattori di controllo (auto- o allociclici), strettamente legati ed indicati dall’importanza e dallo sviluppo laterale delle superfici limite.
Il metodo non è di esclusiva pertinenza del contesto alluvionale: è stato suggerito dallo stesso Miall come il metodo possa essere utilizzato sia nei contesti deposizionali di conoide torbiditica. Recentemente il metodo è stato anche applicato nella definizione deposizionale del modelli deltizi: il modello è applicabile, anzi, è consigliabile per tutti quei contesti deposizionali in cui i corpi sedimentari manchino di una significativa continuità laterale.


BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE

MIALL A.D. (1985) – Architectural-Element analysis: A new method of facies analysis applied to fluvial deposits. Earth Sc. Rev., 22, 261-308.
MIALL A.D. (1988) – Reservoir heterogeneities in fluvial sandstones: lessons from outcrop studies. Bull. Am. Ass. petrol. Geol.,72, 682-697.
MIALL A.D. (1996) – The Geology of Fluvial deposits. Springer, 584 pagg..

Le figure sono tratte dai lavori di A.D.Miall.


AnalysisExample

Fm. di Kayenta (USA): esempio di analisi dell’architettura deposizionale (da Miall, 1996)

Tago-river

Basso corso del fiume Tago (Spagna): magnifico esempio di wandering stream (fiume a bassa sinuosità con indice di sinuosità intermedio fra il braided ed il meandering). Sono evidenti numerose barre trasversali sabbiose ad accrezione laterale  e frontale (alcune parzialmente stabilizzate dalla vegetazione) durante  un momento di morbida: le barre tendono a formare sandflat per reciproca coalescenza. Sono in corso di sviluppo alcune barre diagonali.
Il flusso della corrente è reso evidente dalla torbidità indotta dal sedimento trasportato.


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