Modello generale (non in scala) che illustra le geometrie dei corpi sedimentari in corrispondenza di un margine continentale in relazione a cicli eustatici. Una sequenza deposizionale è delimitata da due superfici stratigrafiche di unconformity definiti sequence boundary (SB-1 e SB-2) dovuti a importanti eventi di abbassamento del livello marino.
La stratigrafia sequenziale è un'importante materia di sintesi per tutta la geologia del sedimentario, che a partire dagli anni 1970 costituisce la più recente e radicale innovazione nei metodi di analisi di facies e di analisi stratigrafica. Questa disciplina infatti spiega l'evoluzione e l'architettura dei bacini sedimentari basandosi essenzialmente sulle variazioni relative del livello marino e sugli eventi tettonici che i bacini stessi hanno subito nel corso del tempo geologico. Per questo scopo si utilizzano le geometrie deposizionali dei depositi e le superfici di discordanza come guida, integrando nell'interpretazione dati biostratigrafici, paleoecologici e sedimentologici, sia di affioramento che di sottosuolo (sismica a riflessione e dati di pozzo). Questa disciplina ha quindi il pregio di trattare i bacini sedimentari da un punto di vista olistico, come sistemi dinamici studiati nella loro genesi e nel loro sviluppo.
D'altro canto questo tipo di approccio, per essere applicato correttamente, richiede una notevole mole di dati da fonti diverse e a scale diverse, e un elevato livello di integrazione multidisciplinare. Esige inoltre flessibilità nella scelta dei modelli interpretativi che, al di là dell'applicazione dei concetti generali e dell'ottimizzazione delle procedure tecniche, sono difficilmente standardizzabili.[1]
Origine e sviluppo dell'approccio sequenziale
La stratigrafia sequenziale è strettamente connessa al concetto di "unconformity", una superficie in corrispondenza della quale si ha una interruzione nel trend deposizionale e che rappresenta una lacuna temporale significativa, spesso accompagnata da una discordanza geometrica tra gli strati sovrastanti e quelli sottostanti. L'interpretazione di tali superfici fu concettualizzata per la prima volta nel XVIII secolo da James Hutton e integrata nella sua visione ciclica (sorprendentemente moderna per l'epoca) della storia della Terra, in cui i sedimenti sono soggetti a ripetuti processi di:[2]
deposizione
sollevamento e deformazione ad opera delle forze endogene terrestri
erosione e rideposizione.
Hutton fu anche il primo a intuire l'importanza delle variazioni degli apporti sedimentari e dell'interazione tra apporto di sedimenti continentali e processi marini nel determinare la migrazione dei sistemi deposizionali costieri verso mare o verso terra, intuizione successivamente raffinata da Charles Lyell, nella prima metà del 1800 [N 1]. La storia della ricerca in questo campo, per il secolo XIX e la prima parte del secolo XX, vede lo sviluppo graduale del collegamento fra la dinamica trasgressivo - regressiva marina e le variazioni del livello di base, e l'evoluzione concettuale di quello che sarà successivamente definito come accommodation space ("spazio disponibile per la sedimentazione").[3] Su questo tema, si può ricordare tra gli autori Joseph Barrell (1869-1919), un geologo americano che per primo suggerì un collegamento sistematico tra le fasi di erosione e di sedimentazione presenti entro il record sedimentario e le variazioni del livello di base, secondo un'interazione di tipo ciclico su differenti ordini di scala temporale e di magnitudine.[4]
In questo lasso di tempo, le unconformity furono considerate un valido strumento di correlazione in campo stratigrafico per la definizione dell'evoluzione geologica della Terra. Permaneva tuttavia l'incertezza sull'origine di queste superfici, di chiara origine erosiva: in diversi casi sussisteva il dubbio se fossero dovute a sollevamento tettonico piuttosto che ad abbassamento del livello del mare (eustatismo),[5][N 2] e su questa tematica si focalizzarono gli sviluppi successivi della ricerca.
La stratigrafia sequenziale ha iniziato a costituire una disciplina autonoma a partire dai tardi anni 1940, con il lavoro fondamentale di Lawrence Sloss et al. (1949),[6] che definì il termine "sequenza" come unità stratigrafica delimitata da superfici di discordanza (unconformity) a grande scala (da regionale a continentale). Nei lavori successivi, Sloss e i suoi collaboratori svilupparono l'interpretazione delle unconformity come episodi di erosione e mancata sedimentazione dovuti a estesi fenomeni orogenici di sollevamento tettonico.[5]
Sul finire degli anni 1950 e nei primi anni 1960, i lavori successivi di Harry E. Wheeler[7] e collaboratori introdussero un nuovo modello di sequenza in cui i parametri fondamentali erano il regime degli apporti sedimentari e l'innalzamento e l'abbassamento del livello di base dell'erosione. Questi studi evidenziarono due elementi principali:
le unconformity riconosciute da Wheeler erano prevalentemente di magnitudine ed estensione inferiori rispetto a quelle determinate da Sloss;
le unconformity che delimitano le sequenze di Wheeler, in generale, sono evidenti e facilmente riconoscibili ai margini dei bacini sedimentari e in direzione perpendicolare ai margini stessi, ove sono sottolineate da discordanze angolari prevalentemente subaeree, mentre non lo sono più nelle parti depocentrali dei bacini, ove le unità stratigrafiche sono sostanzialmente concordanti.[5]
A seguito di queste diverse interpretazioni, si sviluppò un doppio filone di ricerca. Da un lato le unconformity di magnitudine maggiore (continentale) portarono Sloss ad elaborare il concetto di "ciclo tettonico". Dall'altro lato, il metodo di Wheeler portò alla distinzione di sequenze di ordine minore, spesso con difficoltà di definizione e di nomenclatura dovute alla concordanza delle unità stratigrafiche nella parte centrale dei bacini e in direzione parallela ai margini continentali.
Questa duplice accezione di sequenza, con approccio e interpretazione distinti, è proseguita fino ai primi anni 1970.[8]
La stratigrafia sequenziale, nella sua accezione moderna, divide le successioni stratigrafiche di un bacino in sequenze deposizionali, utilizzando principalmente le superfici di discordanza (unconformity) per individuare ciascuna sequenza. Quindi una sequenza deposizionale è compresa tra due successivi episodi di abbassamento relativo del livello marino (o del livello di base). All'interno delle singole sequenze vengono riconosciute, a loro volta, diverse unità stratigrafiche di rango inferiore, dette systems tract, in base all'architettura interna dei corpi sedimentari: geometrie di progradazione sono messe in relazione con fasi di decremento (regressione) del livello marino, mentre geometrie di aggradazione e retrogradazione sono associate a fasi di incremento (trasgressione) del livello del mare. [11][N 3]
I principi della stratigrafia sequenziale sono in gran parte indipendenti dal tipo di contesto ambientale instauratosi in un determinato bacino sedimentario, anche se i sedimenti silicoclastici, su margini continentali di tipo passivo sono utilizzati normalmente per esemplificare i concetti di base; tuttavia, questa disciplina si estende a contesti strutturali più complessi, con tettonica di tipo compressionale, e a sedimenti carbonatici e misti, scenari che presentano peculiarità e scostamenti rispetto al modello "standard".[12]
Lo sviluppo di questa disciplina ha rappresentato un vero e proprio spartiacque nell'approccio allo studio della stratigrafia, che ha influenzato fortemente tutti i successivi sviluppi in questo campo, costituendo una cesura netta rispetto agli studi tradizionali che privilegiavano un approccio formazionale di tipo litostratigrafico. Una sequenza deposizionale è infatti definita da un punto di vista genetico (variazioni del livello marino, subsidenza, tettonica) e non litostratigrafico, e può comprendere diverse formazioni geologiche sia verticalmente sia lateralmente (anche nell'ambito delle sue suddivisioni di ordine inferiore, i cosiddetti systems tract).[13]
L'unità stratigrafica corrispondente alla sequenza deposizionale, delimitata da due unconformity, si definisce sintema. Il sintema può essere definito a varie scale ed eventualmente, se necessario, gerarchizzato (subsintemi, di ordine inferiore, e supersintemi, di ordine superiore).[13][14]
Concetti fondamentali e terminologia
Esempio di sezione sismica che mostra lo sviluppo di due unconformity (in rosso, una superficie di unconformity su cui si sono deposti sedimenti marini, instauratasi sopra depositi transizionali (di estuario); in blu, una unconformity subaerea, di origine fluviale), che incide precedenti depositi glaciali. In alcuni casi le superfici sono mascherate da fenomeni di riflessione multipla e di gas chimney (zone con segnale sismico fortemente disturbato dalla risalita di gas dal sottosuolo).Sezioni sismiche che mostrano l'assetto stratigrafico del margine continentale africano occidentale (Guinea Bissau); sono evidenziate in colori diversi le principali sequenze deposizionali (Cretacico e Paleogene) sono riportati diversi sequence boundary (limiti di sequenza), che definiscono anche sequenze di ordine minore.
Limiti di sequenza (sequence boundary)
Sono le superfici più significative: si tratta di discordanze angolari di tipo erosivo presenti sul margine del bacino, che, verso il centro del bacino, sono correlabili a superfici geometricamente concordanti (correlative conformity). Queste superfici si formano a seguito di una brusca caduta del livello del mare, che lascia esposta all'erosione subaerea gran parte della piattaforma continentale. Questi limiti di sequenza sono generalmente caratterizzati da lacune stratigrafiche più o meno accentuate. Una sequenza deposizionale è compresa tra due sequence boundary.[11][15]
Unità di Systems tract
Un systems tract è un'unità stratigrafica (corrispondente a un corpo roccioso tridimensionale e a un'associazione di facies) che collega tra loro i diversi sistemi deposizionali presenti nell'ambito di un tratto di sequenza con caratteristiche genetiche omogenee: ad esempio progradazione dei sistemi deposizionali costieri e regressione marina, oppure retrogradazione dei sistemi deposizionali e trasgressione marina. Il tipo di systems tract viene assegnato in base alla posizione all'interno della sequenza, alle geometrie degli strati che lo compongono, alle superfici che lo racchiudono e alle evidenze geologiche di variazione del livello del mare.[16][17]
In successione, a partire da un sequence boundary abbiamo:[18]
Lowstand systems tract (LST) o "Apparato deposizionale di stazionamento basso".[N 4] Corrispondente alla fase di abbassamento più deciso del livello del mare. In questo tratto la piattaforma continentale è esposta alle condizioni subaeree e sottoposta a erosione rapida da parte degli agenti atmosferici e dei fiumi; si ha quindi un limite di sequenza o sequence boundary (SB) di tipo 1. I sedimenti erosi si accumulano inizialmente come depositi torbiditici al piede della scarpata continentale (basin floor fan), seguito da sistemi deposti da flussi meno grossolani (sistemi torbiditici canalizzati tipo channel-levee[N 5]). Con il rallentamento della caduta del livello marino e la fase di stazionamento basso dello stesso (lowstand), riescono a instaurarsi sistemi costieri (deltaici e di spiaggia) al margine continentale (shelf edge), formando un cuneo di sedimenti progradanti (lowstand wedge systems tract). Se la caduta del livello marino è meno accentuata e non arriva a interessare il margine della piattaforma abbiamo un limite di sequenza (sequence boundary) di tipo 2, in cui le superfici erosive sono limitate alla parte più interna della piattaforma; in questo caso i sedimenti costieri tendono a progradare rapidamente al margine della piattaforma in uno shelf margin wedge systems tract.
Transgressive systems tract (TST) o "Apparato deposizionale trasgressivo".[N 6] Il livello del mare tende a risalire (trasgressione marina) e i sistemi costieri (deltizi e di spiaggia) tendono a retrogradare in posizione sempre più interna al margine continentale (backstepping). Questo avviene perché l'apporto di sedimenti non riesce a compensare l'incremento del livello marino. Questo sistema si sviluppa al di sopra di una superficie definita transgressive surface (TS), che segna l'instaurarsi di condizioni marine franche su facies costiere e continentali ed è in generale caratterizzata da rimaneggiamento dei sedimenti conseguente all'avanzamento del mare verso terra. Questo system tract è delimitato in alto da un'altra superficie notevole denominata maximum flooding surface (mfs ovvero superficie di "massimo annegamento"), che riflette la massima estensione verso terra delle condizioni marine, anche dal punto di vista biologico (nel record fossilifero). Anche questa superficie è caratterizzata da una lacuna stratigrafica sempre più marcata procedendo verso terra, dove i termini trasgressivi ricoprono depositi sempre più antichi, troncati dalla unconformity subaerea generata dalla precedente fase di LST.[19]
Highstand systems tract (HST) o "Apparato deposizionale di stazionamento alto".[N 7] Quando la risalita del livello marino rallenta fino allo stazionamento alto (highstand), lo spazio disponibile per la sedimentazione (accommodation space) è praticamente costante: quindi l'apporto di sedimenti tende a portare i sistemi costieri a progradare di nuovo verso bacino, con configurazioni geometriche di tipo sigmoidale. Nell'ambito di questo sistema si assiste generalmente a una diminuzione graduale dell'influenza marina nel record biostratigrafico a favore di forme fossili continentali e di ambienti di transizione.
Il termine systems tract, tradotto letteralmente, significa "tratto" o "intervallo dei sistemi" (ovvero dei sistemi deposizionali: di stazionamento basso, trasgressivi, di stazionamento alto). Il concetto è stato formalizzato dalla Commissione Italiana di Stratigrafia con il termine
"apparato deposizionale",[20] col quale si intende, in effetti, l'insieme dei sistemi deposizionali geneticamente correlati all'interno dell'unità in questione; questo termine è tuttavia poco utilizzato in letteratura, ove si preferisce sovente usare termini più sintetici, come: "fase" (riferendosi allo stadio evolutivo del sistema) o "cuneo" o "prisma" (riferendosi alla geometria tridimensionale a grande scala dei depositi).
Secondo i principi della stratigrafia sequenziale, il record sedimentario è costituito dalla sovrapposizione e dalla parziale giustapposizione di sequenze deposizionali che hanno la loro espressione più evidente ai margini dei bacini, ove sono visibili le unconformity che le definiscono e racchiudono, e le sequenze stesse appaiono in forma di cunei di spessore significativo. D'altro canto, le stesse sequenze tendono ad assottigliarsi e sovrapporsi in conformità geometrica nelle parti depocentrali[N 8] dei bacini stessi.
Modello generale di Stratigrafia Sequenziale dopo la revisione di Hunt e Tucker (1992); Nummedal et al. (1993)[21], che mostra il systems tract addizionale denominato FRST o FSST (spiegazione nel testo) comprendente i sistemi deposizionali attivi durante il periodo di abbassamento del livello di base.
Il modello Exxon di stratigrafia sequenziale è stato revisionato variamente nei decenni successivi alla sua prima formulazione, pur mantenendo i suoi tratti fondamentali. In particolare, le critiche si sono focalizzate sulla corretta collocazione della superficie di unconformity dei sequence boundary.
È stato notato infatti che negli esempi su cui si basa il modello classico Exxon, questa superficie corre al di sopra dei primi livelli depostisi sui fianchi del bacino durante la caduta del livello del mare, mentre verso bacino è posta sotto i sedimenti torbiditici. In realtà però, nella fase iniziale del tratto di HST, la caduta del livello marino non è propriamente "istantanea" ma avviene con una certa gradualità, quindi si può avere deposizione di sistemi costieri e di piattaforma continentale durante l'abbassamento progressivo del livello di base, mentre già si ha sedimentazione torbiditica alla base della scarpata continentale. I sistemi costieri deposti durante la prima fase di abbassamento del livello del mare sono delimitati verso l'alto da una superficie di unconformity (determinata dalla progressiva esposizione subaerea in conseguenza dell'abbassamento del livello marino), che però non è isocrona, ma risulta sempre più recente procedendo verso il bacino, e soprattutto non corrisponde, verso il bacino, all'inizio della sedimentazione torbiditica. Quindi, la superficie originariamente interpretata come sequence boundary nel modello classico non è in realtà continua e univoca, ma è l'espressione di due eventi distinti.[22]
Per questo è stata suggerita l'istituzione di un nuovo systems tract, denominato FRST (forced regression systems tract) oppure FSST (falling stage systems tract), collocato tra la fase tarda del sistema di HST e il LST (in senso Exxon).[23][24] Durante la "regressione forzata", in conseguenza dell'abbassamento del livello marino la linea di costa si sposta verso l'esterno e a quote sempre inferiori sulla piattaforma, e i prismi di sedimenti costieri progradanti che si formano di volta in volta assumono l'aspetto di gradini digradanti a quota sempre più bassa (downstepping).[25][N 9]
La progradazione di ciascuno di questi nuovi segmenti verso mare (seguendo il trend di caduta del livello marino) determina verso terra una superficie erosiva (unconformity) per l'esposizione subaerea dei tratti precedenti. Quindi tutto il sistema FRST nel suo complesso è delimitato verso l'alto nel suo tratto prossimale da un'unconformity subaerea che "ringiovanisce" procedendo verso bacino e passa entro le facies marine ad una superficie di correlative conformity. Questo nuovo sistema è delimitato in base da una superficie isocrona che segna l'inizio della regressione (BSFR, ovvero basal surface of forced regression), che non è propriamente una unconformity ma costituirebbe in realtà il vero e proprio sequence boundary, il quale, verso il bacino, corre comunque al di sotto dei sistemi torbiditici. L'unconformity subaerea che delimita a tetto i sistemi FRST passa verso bacino a una correlative conformity che sovrasta i sistemi torbiditici.[26][27]
Schema generale (non in scala) che illustra la migrazione delle facies deposizionali in fasi trasgressive e regressive del livello del mare entro una sequenza stratigrafica costiera terrigena di sottosuolo. Sono illustrate le mappe di facies relative alle unità deposizionali corrispondenti ai tempi T3, T5 e T7. Al tempo T3 abbiamo il massimo della trasgressione marina (tardo TST), le facies marine costiere sono nella posizione più interna verso il continente; la superficie superiore di questa unità è una superficie di mfs. Al tempo T5 siamo in una fase regressiva in cui le facies di spiaggia (e la linea di costa) si sono spostate verso mare: siamo in un HST. Le unità corrispondenti ai tempi T7-T8 si depongono sulla costa durante un brusco abbassamento del livello marino (regressione forzata) e corrispondono verso terra ad una superficie di erosione (unconformity subaerea); verso terra durante questo tempo avremo prevalentemente non-deposizione, ad eccezione di valli incise da corsi d'acqua in cui possono accumularsi sedimenti fluviali e deltaici. Il canale inciso al di sopra della superficie di erosione apparterrà alle unità-tempo T7-T8, anche se lateralmente risulta contiguo alle facies di spiaggia dell'unità T6. Alla base dell'unità T7 abbiamo la superficie basale di regressione forzata (BSFR), corrispondente ad un sequence boundary.
Applicazione dei principi della Stratigrafia Sequenziale a carbonati di piattaforma. Le fasi 1a e 1b sono successive. Tutte le fasi, in un contesto reale, sono successive e direttamente sovrapposte (qui sono riportate separatamente per chiarezza di esposizione). Notare la variazione della posizione del margine della piattaforma nel corso del ciclo eustatico.
L'applicazione dei principi della stratigrafia sequenziale a contesti di piattaforma carbonatica o di rampa carbonatica presenta alcuni aspetti significativi di differenza rispetto ai sedimenti clastici. Mentre i sedimenti clastici subiscono trasporto e accumulo passivi da onde e correnti, le biocostruzioni carbonatiche crescono attivamente in seguito alla proliferazione degli organismi biocostruttori, diversi dei quali (alghe calcaree e coralli ermatipici, in primo luogo) sono strettamente dipendenti dalla fotosintesi. Questo sottintende anche che vi sia una maggiore dipendenza dei sistemi carbonatici dalla profondità e dalla posizione del livello del mare, e quindi una risposta più rapida alle loro variazioni, rispetto ai sistemi costieri terrigeni. Inoltre vi è un controllo di ordine paleoecologico più stretto, dovuto alle condizioni di vita degli organismi biocostruttori e, per la presenza costante di fossili, anche la possibilità di un controllo biostratigrafico di grande dettaglio.[28]
Durante la fase di LST abbiamo esposizione subaerea delle facies di margine e retro-barriera, con fenomeni di carsificazione, mentre la caduta del livello marino causa regressione forzata con migrazione delle facies a un livello topografico più basso: in questa fase possono aversi in bacino fenomeni di stagnazione con deposizione di evaporiti e preservazione della materia organica in livelli euxinici;[29] possono seguire fenomeni di progradazione nella fase di stazionamento basso e nelle fasi iniziali di nuovo incremento del livello marino, in cui la comunità biologica di piattaforma riprende gradualmente a produrre nuovo carbonato che tende ad accrezionarsi verso il bacino e a progradare sui sedimenti di scarpata.[30]
Nella fase trasgressiva (TST) si ha generalmente retrogradazione (backstepping) delle facies di margine e un graduale spostamento verso l'interno o verso il continente, almeno nelle fasi iniziali, in cui l'incremento del livello marino supera gli apporti di materiale carbonatico (fase di give up).[31]
Durante la fase iniziale di HST si osservano fenomeni di aggradazione (fase di catch up) e, successivamente, di progradazione (keep up), coll'espansione del margine di piattaforma verso l'esterno dovuta alla ripresa degli apporti carbonatici e al rallentamento della risalita del livello marino.[32]
Parasequenze
La parasequenza è l'unità stratigrafica elementare della stratigrafia sequenziale: le parasequenze sono i "mattoni" che compongono i vari tratti delle sequenze deposizionali. Una parasequenza è una successione di strati concordanti e relazionati geneticamente, delimitati alla base e alla sommità da due superfici trasgressive (flooding surface).[N 10][33][34]
Si tratta generalmente di unità cicliche che consistono in cicli asimmetrici, i quali riflettono un ambiente di sedimentazione relativamente più profondo alla base e gradualmente sempre meno profondo verso l'alto (shallowing upward), passando quindi rapidamente alla base del ciclo successivo che segna un nuovo approfondimento relativo ("annegamento"). Questa ciclicità si esplicita nell'ambito di una singola parasequenza con una successione e sovrapposizione di litotipi aventi una polarità ben precisa. Ad esempio, in sedimenti silicoclastici la parasequenza inizia con litotipi relativamente più fini (argille, silt), deposti in condizioni di maggiore profondità e bassa energia, e termina con litotipi sabbiosi o conglomeratici, espressione di scarsa profondità e più elevata energia del mezzo. Questa ciclicità trova l'espressione più tipica nei sedimenti costieri (di spiaggia e deltaici), dove le parasequenze corrispondono sostanzialmente a singoli corpi sedimentari progradanti[35]. Come già accennato, le variazioni del livello del mare (sia che si tratti di innalzamento che di abbassamento) avvengono generalmente in modo non continuo ma per "step" successivi tra i quali il livello si mantiene stabile oppure si alza o abbassa leggermente (con ciclicità a breve termine) e i corpi sedimentari costieri hanno il tempo di formarsi e progradare verso bacino. Le parasequenze sono quindi sempre regressive. Generalmente, gli spessori delle parasequenze possono variare da alcuni metri a poche decine di metri.[36]
La sovrapposizione delle parasequenze in posizione più o meno avanzata verso bacino (stacking pattern nella terminologia inglese) dà luogo ai sequenze di progradazione, aggradazione e retrogradazione, che dipendono dal rapporto tra lo spazio disponibile per la sedimentazione (accommodation space), cioè lo spazio tra il fondale e il livello marino (che costituisce anche il livello di base al di sopra del quale si ha erosione prevalente) e l'apporto di sedimenti (sediment supply). Se l'incremento di accommodation eccede l'accumulo di sedimenti siamo in una fase trasgressiva, e si avrà retrogradazione. Se l'apporto di sedimenti eccede l'incremento di accommodation siamo in una fase regressiva e quindi si avrà progradazione. Se infine si ha sostanziale equilibrio tra i due fattori si avrà aggradazione: in questo caso la paleo-linea di costa e distribuzione areale e verticale delle facies entro le parasequenze non varierà significativamente lungo la verticale.[37]
Il riconoscimento e l'interpretazione delle parasequenze e della loro evoluzione verticale e laterale, sia in affioramento che nel sottosuolo, sono fondamentali per la definizione di sequenze trasgressive e regressive e quindi per l'interpretazione dei systems tract e delle sequenze deposizionali. Lo studio delle parasequenze viene condotto in affioramento, secondo i criteri del rilevamento geologico e dell'analisi sedimentologica del terreno. Nel sottosuolo, le parasequenze vengono studiate soprattutto utilizzando i dati di pozzo (log e carote), che hanno risoluzione verticale adeguata allo spessore di queste unità, in sinergia con l'interpretazione della sismica. Questa, pur avendo risoluzione decisamente più bassa (dell'ordine delle decine di metri), permette di correlare di pozzo in pozzo gli eventi corrispondenti a parasequenze o gruppi di parasequenze e seguirne lo sviluppo lateralmente e verticalmente nell'area di interesse.[38]
Rappresentazione schematica delle configurazioni più comuni che interessano gruppi di parasequenze (progradazionale, aggradazionale, retrogradazionale). A=accommodation (spazio disponibile per i sedimenti); S=sediment supply (apporto di sedimenti).
Esempi di parasequenze in successioni silicoclastiche. A sinistra abbiamo una parasequenza costiera, con alla base sedimenti marini prossimali di piattaforma continentale (offshore transition) e a tetto sedimenti di spiaggia (shoreface) e retrospiaggia (backshore); a destra una sequenza di delta, con alla base facies di baia interdistributaria (coal swamp: acquitrino a sedimentazione carboniosa da materiale vegetale), seguiti da depositi di fronte deltizia (delta front) e infine di canale fluviale e piana deltizia/alluvionale (fluvial channels and floodplain).
Esempi di parasequenze in successioni carbonatiche. A sinistra una parasequenza marino-marginale che ha alla base sedimenti di piattaforma esterna (outer shelf), seguiti verso l'alto da sedimenti di rampa carbonatica depostisi in condizioni di energia del mezzo sempre più elevata, fino a depositi di spiaggia); a destra una parasequenza di ambiente protetto, da retrospiaggia (backshoal) a laguna interna (lagoon), a sedimenti di area intertidale (intertidal zone).
Fattori genetici delle sequenze deposizionali
Curva (in blu) delle variazioni del livello marino rispetto all'attuale secondo Exxon, a partire dal Cambriano fino all'attuale.
Riepilogando, l'organizzazione delle successioni bacinali in sequenze è regolata da tre fattori:[39]
L'interazione tra questi tre fattori controlla lo spazio di accomodamento (accommodation space), ossia lo spazio a disposizione per il potenziale accumulo dei sedimenti (sediment supply), e le modalità in cui viene colmato questo spazio.[40]
Le variazioni eustatiche sono in generale in stretta relazione con il clima:[41]
generalmente, durante le fasi climatiche "fredde" si hanno sequenze prevalentemente regressive, per la diminuzione del livello del mare in conseguenza dell'aumento di volume dei ghiacciai continentali e delle banchise.
durante le fasi climatiche "calde" si ha viceversa un aumento del livello degli oceani per lo scioglimento dei ghiacci marini e continentali e quindi sequenze prevalentemente trasgressive.
Questo meccanismo, definito glacioeustatico (glacioeustasy), è in grado di spiegare variazioni del livello marino ad alta frequenza in periodi della storia della Terra (come il Pleistocene e l'Olocene) in cui si sono avute alternanze tra fasi glaciali, con accumulo significativo di ghiacci ai poli, e fasi con clima più caldo, con scioglimento parziale delle calotte glaciali. I volumi di acqua coinvolti sono in grado di causare innalzamenti e abbassamenti globali dell'ordine del centinaio di metri. Inoltre, mentre la durata delle fasi glaciali e interglaciali è dell'ordine di decine e centinaia di migliaia di anni, le variazioni eustatiche che le separano sembrano richiedere intervalli di tempo piuttosto limitati, dell'ordine di poche migliaia di anni.[41]
Il tasso di subsidenza e la tettonica, a loro volta, possono giocare un ruolo importante a scala locale, interferendo e sovrapponendosi ai cicli climatici in varia misura. Ad esempio, un sollevamento di origine tettonica del territorio (come una fase orogenica su un margine continentale attivo) potrebbe localmente dare origine a una sequenza regressiva, anche se contemporaneamente, su scala globale, si ha un evento di trasgressione marina. Viceversa, uno sprofondamento tettonico (come, ad esempio, durante la formazione di un rift) potrebbe originare una sequenza costiera trasgressiva indipendentemente dai cicli eustatici globali.[42]
Un ulteriore meccanismo di origine tettonica, suggerito per le variazioni eustatiche a scala globale (tettono-eustatismo o tectono-eustasy), è di origine geodinamica ed è connesso alla tettonica delle placche e alle variazioni fisiografiche e di capacità degli oceani in risposta ai movimenti delle placche tettoniche (convergenza, divergenza, apertura e chiusura di bacini oceanici, attività delle dorsali oceaniche e delle zone di subduzione...). Ad esempio, un periodo di frammentazione (breakup) continentale con forte espansione delle dorsali oceaniche causerà la messa in posto di grandi quantità di nuova crosta oceanica "calda" e l'aumento di volume delle dorsali stesse, che indurrebbero una diminuzione di capacità dei bacini oceanici e di conseguenza l'aumento del livello marino sui margini continentali con fasi trasgressive generalizzate. Viceversa, in un periodo di accrezione continentale, con formazione di supercontinenti, si avrebbe una riduzione di attività delle dorsali e quindi aumento della capacità degli oceani con abbassamento del livello marino e fasi regressive. Questo tipo di meccanismo sarebbe in grado di causare variazioni dell'ordine di oltre un centinaio di metri, che però richiederebbero (a causa dei tempi in gioco nel movimento delle placche tettoniche) tempi molto più lunghi rispetto alle fasi climatiche (milioni-decine di milioni di anni).[43]
La tettonica e il clima hanno un ruolo importante nella regolazione degli apporti sedimentari: le aree soggette a sollevamento tettonico (come gli orogeni recenti) in ambiente subaereo, subiscono un incremento notevole nel tasso di erosione, fornendo nuovi sedimenti clastici[44] ai corsi d'acqua che li rimaneggiano e ridistribuiscono nelle aree costiere (arrivando fino alle piane abissali nel caso dei sedimenti torbiditici). L'erosione chimica è ulteriormente accentuata in climi caldo-umidi e tropicali[45]. Le fasi climatiche umide, con aumento della piovosità, in generale, portano a un incremento dell'erosione sulle aree continentali e, conseguentemente, degli apporti sedimentari alle aree alluvionali costiere e ai sistemi costieri stessi (deltizi e di spiaggia).[46]
Sequenze deposizionali e variazioni del livello marino
Il significato genetico delle sequenze deposizionali, strettamente connesso alle variazioni del livello marino, offre in principio la possibilità di determinare, qualitativamente e quantitativamente, le fluttuazioni del livello del mare a partire dal record sedimentario e fossilifero e dalle geometrie stratali evidenziate dalla stratigrafia sequenziale su rilievi sismici[47]. È quanto è stato tentato a partire dagli anni 1970-1980 del secolo scorso, sempre in ambito Exxon,[48] basandosi inizialmente sulla posizione delle superfici di SB, TS e mfs e sulla variazione di estensione verso terra delle terminazioni dei sedimenti costieri (coastal onlap[N 11]) nell'ambito delle singole sequenze deposizionali, individuate soprattutto mediante la sismica e con il controllo biostratigrafico dei pozzi disponibili. La variazione relativa del livello del mare, ad esempio un innalzamento relativo, è misurabile in base alla variazione di quota dei sedimenti costieri, dalla posizione più bassa ed esterna (raggiunta durante le fasi di LST-FRST) alla posizione più alta e interna (raggiunta nella fase di "late" TST-"early" HST) entro una determinata sequenza deposizionale; al contrario un abbassamento relativo del livello marino è misurabile dai depositi costieri più interni ("late" TST-"early"HST) di una determinata sequenza fino ai depositi costieri di LST (FRST) della sequenza successiva. Successivamente, questa metodologia è stata integrata con dati di affioramento e datazioni di ordine cronostratigrafico e magnetostratigrafico.[49][50]
Le critiche più importanti a questo approccio sono sul fatto che si basa soprattutto su dati di sottosuolo di natura sismica (quindi indiretti), e che questi dati per la maggior parte sono di natura privata (di proprietà di Exxon e di altre compagnie petrolifere), non pubblicati nel dettaglio e quindi non soggetti ad un controllo indipendente da parte della comunità scientifica; inoltre, l'interpretazione delle variazioni dell'onlap costiero in termini di variazioni eustatiche (senza tenere in considerazione possibili variazioni locali di significato tettonico o dovute a variazioni nell'apporto di sedimenti) potrebbe portare ad una sovra-interpretazione di cicli eustatici.[51]
In realtà, la concezione originaria di sequenza, come definita da L. Sloss (1949), privilegiava nettamente la tettonica come componente genetica. Questa interpretazione venne largamente disattesa dagli allievi di Sloss del gruppo di lavoro Exxon (P. Vail e collaboratori), che enfatizzavano la componente eustatica. Questo ha portato, negli anni 1970-1980, a porre l'accento soprattutto sull'origine eustatica delle sequenze deposizionali.[52] Questa impostazione è stata successivamente sottoposta a verifiche e a una serrata critica che verteva sull'effettiva correlabilità a scala globale dei cicli individuati da Exxon, individuando errori e imprecisioni dovuti alla risoluzione scarsa e discontinua dei dati biostratigrafici e cronostratigrafici rispetto alla scala temporale dei cicli stessi.[53] Ciò ha portato negli anni 1990 e seguenti, fino a oggi, allo svincolo graduale dell'interpretazione delle sequenze deposizionali dai cicli eustatici e al passaggio alle variazioni del livello di base. Questo implica l'utilizzo delle variazioni relative del livello marino (o lacustre), o comunque del livello di base dell'erosione, che costituisce il riferimento per il contesto di studio: quest'ultimo non corrisponde necessariamente al livello marino globale, ma può essere determinato da fattori locali o regionali, come la subsidenza o l'innalzamento tettonico, o da fattori climatici, in particolare per le successioni stratigrafiche non marine.[54]
Applicazioni in campo industriale: la stratigrafia sismica
Come già riportato, la stratigrafia sequenziale è nata e si è sviluppata nell'ambito della ricerca petrolifera, ed è basata sull'interpretazione dei dati di sottosuolo, in particolare su rilievi di sismica a riflessione; questi vengono acquisiti lungo una griglia di profili bi-dimensionali e, nei rilievi per scopi industriali, i dati vengono elaborati e interpolati da algoritmi dedicati in modo da restituire volumi sismici in tre dimensioni (tecnologia divenuta determinante a partire dall'ultimo ventennio del secolo scorso).[55] Le superfici notevoli (SB, TS, mfs) che definiscono le sequenze deposizionali e le sotto-unità (systems tract) che le compongono sono generalmente visibili e interpretabili sulla sismica a riflessione, così come i rapporti geometrici che individuano i complessi progradanti e retrogradanti o aggradanti. Ciò perché tali orizzonti sono sovente caratterizzati da contrasti di impedenza acustica[N 12] a causa della sovrapposizione di litologie diverse, con parametri petrofisici e acustici contrastanti, e corrispondono quindi a eventi di riflessione caratterizzabili e tracciabili.[56]
D'altro canto, l'interpretazione sismica è complicata da diversi fattori: in generale, contrasti di impedenza possono corrispondere a cambiamenti di litologia, ma anche al contenuto di fluidi (acqua, olio, gas; caratteristica d'altra parte apprezzata nella ricerca degli idrocarburi), come pure a cambiamenti di origine diagenetica (variazioni di compattazione e di cementazione). Inoltre, la possibilità di rilevazione dei corpi sedimentari mediante il segnale sismico dipende dallo spessore dei corpi stessi e dalla risoluzione dell'acquisizione sismica: in generale, se la distanza tra orizzonti stratigrafici è maggiore della risoluzione verticale del rilievo sismico, ci sono maggiori probabilità che l'interpretazione degli eventi sismici rifletta reali caratteristiche geologiche; viceversa, se gli orizzonti stratigrafici sono molto ravvicinati, i contrasti di impedenza daranno luogo, per fenomeni di interferenza, a segnali compositi di più difficile lettura e interpretazione. In questo senso, la calibrazione della sismica con dati di pozzo (log di pozzo e carotaggi) e di affioramento è fondamentale, permettendo di riconciliare osservazioni a diversa scala.[57] Occorre in ogni caso tener presente che, generalmente, la velocità sismica tende ad aumentare con la profondità (con l'aumento della compattazione e della cementazione), mentre la risoluzione verticale tende a diminuire (poiché la crosta terrestre agisce come un filtro che attenua e rimuove gradualmente le alte frequenze, quelle che danno la risoluzione maggiore). I rilievi sismici sono comunque progettati in modo da acquisire i dati con uno spettro di frequenze più ampio possibile.[58]
Illustrazione schematica di come le proprietà acustiche delle rocce controllano il responso sismico (da sinistra a destra): gli eventi di riflessione sono determinati dal contrasto di impedenza acustica delle rocce e dal relativo coefficiente di riflettività; la traccia sismica è il risultato di un'operazione di convoluzione del profilo di riflettività mediante una funzione d'onda (l' "ondina" o wavelet, espressione dell'impulso di energia sismica generato o input pulse) ed è il risultato della sovrapposizione di tutti gli eventi di riflessione. Nella pratica, il processo è inverso (da destra a sinistra): l'acquisizione sismica è in tempi di riflessione (dalla sorgente sismica a una serie di ricevitori) e può essere convertita in profondità conoscendo la velocità acustica delle rocce, ottenendo (per deconvoluzione) un modello della successione geologica del sottosuolo.
Costruzione di un sismogramma sintetico da una serie di interfacce riflettenti (scala in tempi). Ogni interfaccia produce una riflessione proporzionale al contrasto di impedenza acustica, e la traccia sismica risultante è costituita dalla sovrapposizione dei singoli responsi, la cui ampiezza si somma algebricamente (questo modello, molto semplice, non dà origine a fenomeni significativi di interferenza perché le interfacce sono a distanza uguale o superiore alla risoluzione dell'ondina utilizzata). Notare la risposta sismica fortemente esaltata in ampiezza della zona a gas del livello sabbioso inferiore.[59]
Esempi di interferenza tra eventi di riflessione sismica per diversi spessori di strato, con diverse spaziature tra le interfacce acustiche. La maggior parte delle riflessioni sismiche sono in realtà composite e derivano dall'interferenza di diverse interfacce con differenti proprietà acustiche. Notare (ultimo caso in basso) come eventi di riflessione di segno uguale e opposto (sul profilo di riflettività), avvicinandosi, tendono a elidersi vicendevolmente attenuando l'espressione sismica del livello. Non vi è quindi sempre una corrispondenza biunivoca tra eventi sismici e interfacce geologiche nel sottosuolo.[60]
Esempio che illustra il confronto tra diversi strumenti di interpretazione per un pozzo in un campo petrolifero (sismica, log di pozzo, litostratigrafia e biostratigrafia). La sismica è rappresentata da un'ondina teorica con data frequenza in un mezzo con data velocità acustica. È evidente la forte differenza di risoluzione della sismica (molto minore) rispetto ai dati di pozzo.[61]
Sezione sismica 2D che mostra una struttura anticlinalica in sedimenti plio-pleistocenici con un diapiroevaporitico (Messinianevaporites) al nucleo. Gli eventi di riflessione sono in scala di ampiezza, resa in colore. Il responso sismico è caratterizzato da un evento "piatto" (flat spot) e nettamente discordante rispetto agli eventi circostanti, che indica la possibile presenza di un contatto tra fluidi diversi (tipicamente, acqua al di sotto e gas soprastante). La probabile presenza di gas è indicata anche dall'elevata ampiezza del responso sismico degli orizzonti soprastanti il flat spot.
Sezione sismica 2D in scala di ampiezza (in colore) che mostra vari caratteri sia stratigrafici che strutturali (faglie). Visibile nella parte alta una superficie erosiva molto marcata,con troncatura dei livelli sottostanti (probabile unconformity). Un altro orizzonte erosivo (horizonte structural somero) è stato interpretato più in profondità. A sinistra è evidente una serie di canali sovrapposti (tagliati dalla sezione perpendicolarmente all'asse) con possibile presenza di gas; [N 13] sono inoltre evidenziati altri possibili accumuli di gas di piccola entità. La faglia principale evidenzia un carattere di faglia diretta nella parte medio-bassa della sezione ("uncinatura" degli orizzonti verso l'alto nel blocco strutturale ribassato).
Le terminazioni degli eventi sismici, su cui si basa in gran parte l'interpretazione sismo-stratigrafica, possono essere di cinque tipi fondamentali:[62]
truncation ("troncatura"): gli eventi che occorrono al di sotto di una unconformity risultano sovente troncati dalla stessa; si tratta di un tipico criterio di riconoscimento di un sequence boundary;
apparent truncation ("troncatura apparente"): terminazione in cui orizzonti sismici risultano apparentemente troncati da un evento sovrastante o sottostante, mentre in realtà si tratta dell'effetto della rastremazione dei corrispondenti corpi sedimentari, che al di sotto di un certo spessore non sono più visibili perché al di sotto della risoluzione del rilievo sismico;
onlap: gli eventi si "appoggiano" verso continente contro un evento più antico terminando a cuneo; questa configurazione è caratteristica di fasi trasgressive e di highstand, in cui i sedimenti costieri e marini si depongono in posizione più interna, contro una superficie di unconformity (SB), con una geometria di retrogradazione;
downlap: geometria che si ha quando eventi ad alto angolo terminano in basso tangenzialmente su una superficie ad angolo più basso; si tratta di una tipica geometria di progradazione, che si riscontra nei sistemi di "late" LST e di HST.
toplap: terminazione degli eventi tangenzialmente verso l'alto contro il limite superiore di un'unità stratigrafica; anche questa è una tipica geometria progradazionale, che si sviluppa nel verso opposto al downlap; toplap e downlap risultano associati in una geometria definita progradazione sigmoidale.
L'interpretazione degli eventi sismici in termini di stratigrafia sequenziale è definita stratigrafia sismica (seismic stratigraphy), e costituisce da alcuni decenni uno strumento di importanza fondamentale nella ricerca petrolifera. La stratigrafia sismica viene regolarmente applicata, congiuntamente alla sedimentologia e alla geologia strutturale, nella fase esplorativa della ricerca petrolifera, come modello interpretativo e predittivo per la ricostruzione della storia geologica di una determinata area. Questa disciplina consente infatti l'individuazione di reservoir, rocce di copertura e rocce madri e di predire il loro sviluppo nel sottosuolo, oltre che di individuare la presenza di trappole stratigrafiche e strutturali.[63]
Schema generale che mostra l'andamento delle riflessioni sismiche entro una sequenza deposizionale e le relative geometrie. Terminologia e spiegazione nel testo[64]
Due esempi di sezioni sismiche (disegni a tratto che riproducono sezioni reali da letteratura), interpretate in termini di stratigrafia sequenziale: A) un apparato deltizio di HST progradante (progradazione sigmoidale) su depositi trasgressivi di TST, al di sopra di una superficie di maximum flooding (mfs); B) cunei clastici regressivi, tra i quali evidenti depositi di regressione forzata (forced regressive deposits) seguiti da un cuneo clastico progradante di tardo Lowstand ("normal" regressive deposits), sigillati in onlap da nuovi depositi trasgressivi (healing transgressive deposits).[65] Il fondale marino sottostante l'inizio della regressione forzata (linea verde) costituisce la BSFR (Basal Surface of Forced Regression), che di fatto segna l'inizio della fase di Lowstand.
Note
Esplicative
↑L'opera fondamentale di Lyell: Principles of Geology, uscita in tre volumi fra il 1830 e il 1833, utilizzava il metodo di indagine di Hutton per sostenere, in base anche a ulteriori evidenze geologiche, che i processi fisici, chimici e biologici ordinari presenti attualmente in natura spiegano pienamente i fenomeni geologici del passato, e che tali processi non sono variati in tipologia e magnitudine dal passato geologico all'attuale (Uniformitarismo, contrapposto al Catastrofismo ancora diffusamente sostenuto a quei tempi). L'opera di Lyell in campo geologico ebbe una notevole influenza sul giovane Charles Darwin. (Encyclopaedia Britannica)
↑Sia un sollevamento di origine tettonica, sia un abbassamento del livello marino causano un aumento dell'erosione, in quanto entrambi inducono un abbassamento relativo del livello di base. In entrambi i casi, aree prima sommerse vengono ad essere in esposizione subaerea e le acque superficiali tendono a erodere il territorio per adeguare il profilo topografico al nuovo livello di base. Quest'ultimo evento causa un aumento della pendenza topografica, che a sua volta risulta in un aumento di velocità delle correnti e in generale di energia del mezzo, e quindi in un ulteriore incremento dei processi erosivi, per un processo di retroazione positiva.
↑Per quanto esposto, la terminologia relativa a questa disciplina è essenzialmente in inglese e la maggior parte dei termini tecnici non ha un corrispettivo in italiano: gli autori italiani li utilizzano normalmente in inglese anche in articoli scientifici redatti in italiano (oppure, in qualche caso, vengono "coniati" anglicismi chiaramente modellati sul termine inglese, decisamente inaccettabili sul piano linguistico). Perciò, in questa sede, è inevitabile utilizzare i termini originali, anche allo scopo di consentire al lettore una maggiore accessibilità alla letteratura scientifico-tecnica relativa, per eventuali approfondimenti. Per maggiore chiarezza, quando possibile, vengono indicati termini italiani di significato equivalente.
↑Altre denominazioni utilizzate in letteratura: fase o cuneo di stazionamento basso
↑Altre denominazioni comuni: fase trasgressiva o cuneo trasgressivo.
↑Altre denominazioni frequenti: fase o cuneo di stazionamento alto.
↑Il depocentro di un bacino sedimentario corrisponde alla parte centrale e più profonda di quest'ultimo.
↑La regressione in questo caso è definita "forzata" perché la linea di costa è costretta a migrare verso il bacino a seguito dell'abbassamento del livello del mare, indipendentemente dal regime degli apporti sedimentari.
↑Che non vanno confuse con la mfs (maximum flooding surface). Si tratta di superfici di "annegamento" relativo rispetto al contesto specifico della successione in cui si trovano (ad esempio un passaggio verticale da sedimenti di spiaggia o retrospiaggia a sedimenti circalitorali).
↑Schema esemplificativo di terminazioni di strato a onlap e offlap.Il termine onlap definisce un fenomeno geologico per cui strati di terreno (o di roccia) terminano contro una superficie di erosione tagliata in terreni più antichi in posizione sempre più interna, assumendo una forma a cuneo. È un fenomeno comune quando sedimenti più recenti colmano depressioni come canali o bacini preesistenti; nell'ambito della stratigrafia sequenziale si riferisce soprattutto alla fase trasgressiva (TST) in cui i sedimenti "rimontano" sui depositi preesistenti con terminazioni a cuneo in posizione sempre più interna fino alla mfs. Nelle fasi regressive forzate si hanno invece terminazioni a offlap, in cui strati più giovani terminano a cuneo contro depositi più antichi in posizione sempre più esterna e più bassa. Questa terminologia è normalmente utilizzata in inglese, anche in ambito geologico italiano.
↑Ottenuta come prodotto della velocità acustica entro il mezzo costituito dalla roccia, per la densità della roccia stessa. Entrambi i dati sono misurati direttamente mediante operazioni di logging nei pozzi per idrocarburi.
↑La presenza di gas in questo caso è deducibile in base alla "brillantezza" degli eventi (ovvero dalla forte ampiezza) rispetto agli eventi circostanti, che fa presupporre un notevole rallentamento delle onde sismiche.
(EN) O. Catuneanu, W.E. Galloway, C.G.St.C. Kendall, A.D. Miall, H.W. Posamentier, A. Strasser e M.E. Tucker, Sequence Stratigraphy: Methodology and Nomenclature (PDF), in Newsletters on Stratigraphy, Vol. 44/3, 173–245, Stuttgart, 2011.
Daniela Germani, Lucia Angiolini e Maria Bianca Cita (supervisione), Guida italiana alla classificazione e alla terminologia stratigrafica (PDF), in Commissione Italiana di Stratigrafia della Società Geologica Italiana (a cura di), APAT - I Quaderni-sgi, Serie III, vol.9, 2003.
(EN) R.E. Sheriff, Seismic Stratigraphy, Boston, International Human Resources Development Corporation, 1980, pp.227.
(EN) L.L. Sloss, W.C. Krumbein e E.C. Dapples, Integrated Facies Analysis, in C.R. Longwell - Sedimentary facies in geologic history (a cura di), Geological Society of America Memoir, n.39, 1949, pp.171.
Schema generale (non in scala) che illustra la migrazione delle facies deposizionali in fasi trasgressive e regressive del livello del mare entro una sequenza stratigrafica costiera terrigena di sottosuolo. Sono illustrate le mappe di facies relative alle unità deposizionali corrispondenti ai tempi T3, T5 e T7. Al tempo T3 abbiamo il massimo della trasgressione marina (tardo TST), le facies marine costiere sono nella posizione più interna verso il continente; la superficie superiore di questa unità è una superficie di mfs. Al tempo T5 siamo in una fase regressiva in cui le facies di spiaggia (e la linea di costa) si sono spostate verso mare: siamo in un HST. Le unità corrispondenti ai tempi T7-T8 si depongono sulla costa durante un brusco abbassamento del livello marino (regressione forzata) e corrispondono verso terra ad una superficie di erosione (unconformity subaerea); verso terra durante questo tempo avremo prevalentemente non-deposizione, ad eccezione di valli incise da corsi d'acqua in cui possono accumularsi sedimenti fluviali e deltaici. Il canale inciso al di sopra della superficie di erosione apparterrà alle unità-tempo T7-T8, anche se lateralmente risulta contiguo alle facies di spiaggia dell'unità T6. Alla base dell'unità T7 abbiamo la superficie basale di regressione forzata (BSFR), corrispondente ad un sequence boundary.
Applicazione dei principi della Stratigrafia Sequenziale a carbonati di piattaforma. Le fasi 1a e 1b sono successive. Tutte le fasi, in un contesto reale, sono successive e direttamente sovrapposte (qui sono riportate separatamente per chiarezza di esposizione). Notare la variazione della posizione del margine della piattaforma nel corso del ciclo eustatico.
Rappresentazione schematica delle configurazioni più comuni che interessano gruppi di parasequenze (progradazionale, aggradazionale, retrogradazionale). A=accommodation (spazio disponibile per i sedimenti); S=sediment supply (apporto di sedimenti).
Esempi di parasequenze in successioni silicoclastiche. A sinistra abbiamo una parasequenza costiera, con alla base sedimenti marini prossimali di piattaforma continentale (offshore transition) e a tetto sedimenti di spiaggia (shoreface) e retrospiaggia (backshore); a destra una sequenza di delta, con alla base facies di baia interdistributaria (coal swamp: acquitrino a sedimentazione carboniosa da materiale vegetale), seguiti da depositi di fronte deltizia (delta front) e infine di canale fluviale e piana deltizia/alluvionale (fluvial channels and floodplain).
Esempi di parasequenze in successioni carbonatiche. A sinistra una parasequenza marino-marginale che ha alla base sedimenti di piattaforma esterna (outer shelf), seguiti verso l'alto da sedimenti di rampa carbonatica depostisi in condizioni di energia del mezzo sempre più elevata, fino a depositi di spiaggia); a destra una parasequenza di ambiente protetto, da retrospiaggia (backshoal) a laguna interna (lagoon), a sedimenti di area intertidale (intertidal zone).
Illustrazione schematica di come le proprietà acustiche delle rocce controllano il responso sismico (da sinistra a destra): gli eventi di riflessione sono determinati dal contrasto di impedenza acustica delle rocce e dal relativo coefficiente di riflettività; la traccia sismica è il risultato di un'operazione di convoluzione del profilo di riflettività mediante una funzione d'onda (l' "ondina" o wavelet, espressione dell'impulso di energia sismica generato o input pulse) ed è il risultato della sovrapposizione di tutti gli eventi di riflessione. Nella pratica, il processo è inverso (da destra a sinistra): l'acquisizione sismica è in tempi di riflessione (dalla sorgente sismica a una serie di ricevitori) e può essere convertita in profondità conoscendo la velocità acustica delle rocce, ottenendo (per deconvoluzione) un modello della successione geologica del sottosuolo.
Costruzione di un sismogramma sintetico da una serie di interfacce riflettenti (scala in tempi). Ogni interfaccia produce una riflessione proporzionale al contrasto di impedenza acustica, e la traccia sismica risultante è costituita dalla sovrapposizione dei singoli responsi, la cui ampiezza si somma algebricamente (questo modello, molto semplice, non dà origine a fenomeni significativi di interferenza perché le interfacce sono a distanza uguale o superiore alla risoluzione dell'ondina utilizzata). Notare la risposta sismica fortemente esaltata in ampiezza della zona a gas del livello sabbioso inferiore.[59]
Esempi di interferenza tra eventi di riflessione sismica per diversi spessori di strato, con diverse spaziature tra le interfacce acustiche. La maggior parte delle riflessioni sismiche sono in realtà composite e derivano dall'interferenza di diverse interfacce con differenti proprietà acustiche. Notare (ultimo caso in basso) come eventi di riflessione di segno uguale e opposto (sul profilo di riflettività), avvicinandosi, tendono a elidersi vicendevolmente attenuando l'espressione sismica del livello. Non vi è quindi sempre una corrispondenza biunivoca tra eventi sismici e interfacce geologiche nel sottosuolo.[60]
Esempio che illustra il confronto tra diversi strumenti di interpretazione per un pozzo in un campo petrolifero (sismica, log di pozzo, litostratigrafia e biostratigrafia). La sismica è rappresentata da un'ondina teorica con data frequenza in un mezzo con data velocità acustica. È evidente la forte differenza di risoluzione della sismica (molto minore) rispetto ai dati di pozzo.[61]
Sezione sismica 2D che mostra una struttura anticlinalica in sedimenti plio-pleistocenici con un diapiro evaporitico (Messinian evaporites) al nucleo. Gli eventi di riflessione sono in scala di ampiezza, resa in colore. Il responso sismico è caratterizzato da un evento "piatto" (flat spot) e nettamente discordante rispetto agli eventi circostanti, che indica la possibile presenza di un contatto tra fluidi diversi (tipicamente, acqua al di sotto e gas soprastante). La probabile presenza di gas è indicata anche dall'elevata ampiezza del responso sismico degli orizzonti soprastanti il flat spot.
Sezione sismica 2D in scala di ampiezza (in colore) che mostra vari caratteri sia stratigrafici che strutturali (faglie). Visibile nella parte alta una superficie erosiva molto marcata,con troncatura dei livelli sottostanti (probabile unconformity). Un altro orizzonte erosivo (horizonte structural somero) è stato interpretato più in profondità. A sinistra è evidente una serie di canali sovrapposti (tagliati dalla sezione perpendicolarmente all'asse) con possibile presenza di gas; [N 13] sono inoltre evidenziati altri possibili accumuli di gas di piccola entità. La faglia principale evidenzia un carattere di faglia diretta nella parte medio-bassa della sezione ("uncinatura" degli orizzonti verso l'alto nel blocco strutturale ribassato).
Schema generale che mostra l'andamento delle riflessioni sismiche entro una sequenza deposizionale e le relative geometrie. Terminologia e spiegazione nel testo[64]
Due esempi di sezioni sismiche (disegni a tratto che riproducono sezioni reali da letteratura), interpretate in termini di stratigrafia sequenziale: A) un apparato deltizio di HST progradante (progradazione sigmoidale) su depositi trasgressivi di TST, al di sopra di una superficie di maximum flooding (mfs); B) cunei clastici regressivi, tra i quali evidenti depositi di regressione forzata (forced regressive deposits) seguiti da un cuneo clastico progradante di tardo Lowstand ("normal" regressive deposits), sigillati in onlap da nuovi depositi trasgressivi (healing transgressive deposits).[65] Il fondale marino sottostante l'inizio della regressione forzata (linea verde) costituisce la BSFR (Basal Surface of Forced Regression), che di fatto segna l'inizio della fase di Lowstand.