RICERCHE MINERALOGICO-PETROGRAFICHE SUI SEDIMENTI ...rendiconti societ4 italiano di mimralo9/a e...

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RENDICONTI Societ4 Italiano di MiMralo9/a e Pdrologia, 33 (2), 67 1-688 Hm) NICOLA C IPRI AN I -, PIERGI ORCIO M ALESANI ·, S ERCIO V ANNU CCI·· RICERCHE MINERALOGICO-PETROGRAFICHE SUI SEDIMENTI NEOAUTOCTONI: I. - IL VALDARNO SUPERIORE ABSTRACT. - Fidd observation as well as mineralogical and petrographie investigation on samplcs ooming from neoautOClOnous series of the Valdarno basin allowed to trace the evolution of this basin, the sedimentation environmems and to reco&nize the origin of the das ts. A fi rst limited dose<! basin (u pper Pliocene) was reçognized, corresponding {Q a swampy- fluvial environment named the «Castelnuovo dei Sabbi oni,. basino The origin of dasts was from the Ligurian-Emilian complexes for thc «Argille di Meleto,. formation and from che «Macigno del Mugello". formation for the overlying «Sabbie di S. Donato in Avane,. formation. A weak tcetonie activity caused the widening of the basin which acquired a true lacusuine character with a dast origin essentially from the .. Macigno del Mugello,. formation. Since this formation probably was not outcropping extensively in this area it is inferred that the origin was from the Mugello area. Accordingly the hydrography was in the opposite direction in respect to the present one. After the basin was 611ed with sediments, terraces of several orders developped and the hydrography acquired its present direclion. The terrace deposits came from the reworking of sediments previously deposited both in the Casentino and in the Valdarno basins. the third and the fourth order of lerraces an aeolian sedimentalion of reworked material occurred. The origin of Ihis material was both from lacustrine and from fluvial lerrace deposits. RIASSUNTO. - Lo studio mi neralogico-petrografico di un elevato numero di campioni prele- vati nella serie neoautoctona del bacino del Valdarno superiore, correlata con le osservazioni di campagna, ha consentito di seguire l'evoluzione del bacino, di ricostruire gli ambienti di sedimentazione e di individuare le provenienze dei mater iali clastici . In particolare, è stato riconosciuto (Pliocene superiore) un pri mo bacino circoscritto e chiuso, a carattere fluvio-palustre, denominato di Castelnuovo dei Sabbioni, con esclusivo apporto dai Complessi Ligure.Emiliani per la parte stratigraficamente inferiore (ArgiUe di Meleto), e dalla formazione del Macigno del Mugello per quella superiote (Sabbie di S. Donato in Avane). A una blanda attività tettonica corrisponde l'espansione del bacino neoautoctono che diviene d ichiaratamente lacustre; la provenienza del materiale clastico è dovuta essenzialmente al disfacimento del Macigno del Mugello. Data la distribuzione areale di questa fo rmazione nell'arco appenninico, si deve presumere che l'apporto giungesse prevalentemente dal bacino del Mugello. Ne consegue che il retif9lo idrografico era inverso rispetto a queUo attuale. All a fase di colmamento dci bacino lacustre segue la formazione di vari ordini di terraui e lo stabilirsi dell'attuale reticolo idrogra6co. I depositi tcrrauati provengono da! rimaneggiamcnto dci precedenti cicli sedimentari sia dello stesso bacino che di quello casentinese. Fra il ter.ro e il quarto ordine di terraui si verifica una fa se di sedimentazione eol ica di materiale rimaneggiato proveniente in massima pa rte dalla for mazione del ciclo lacustre e dai depositi fluvia li terrazzati precedenti . .. Istituto di Mineralogia, Petrografia e Geochimica dell'Università di Firenze. .... C.N.R. - Centro di Srudio per la Mineralogia e la GeochimiC1l dei sedimenti - Via Lamar mora, 4 . 50121 Firenze.

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RENDICONTI Societ4 Italiano d i MiMralo9/a e Pdrologia, 33 (2), 671-688 Hm)

NICOLA C IPRIANI -, PIERGIORCIO M ALESANI ·, S ERCIO V ANNU CCI··

RICERCHE MINERALOGICO-PETROGRAFICHE SUI SEDIMENTI NEOAUTOCTONI:

I. - IL VALDARNO SUPERIORE

ABSTRACT. - Fidd observation as well as mineralogical and petrographie investigation on samplcs ooming from neoautOClOnous series of the Valdarno basin allowed to trace the evolution of this basin, the sedimentation environmems and to reco&nize the origin of the das ts.

A fi rst limited dose<! basin (upper Pliocene) was reçognized, corresponding {Q a swampy­fluvial environment named the «Castelnuovo dei Sabbioni,. basino The origin of dasts was from the Ligurian-Emilian complexes for thc «Argille di Meleto,. formation and from che «Macigno del Mugello". formation for the overlying «Sabbie di S. Donato in Avane,. formation.

A weak tcetonie activity caused the widening of the basin which acquired a true lacusuine character with a dast origin essentially from the .. Macigno del Mugello,. formation. Since this formation probably was not outcropping extensively in this area it is inferred that the origin was from the Mugello area. Accordingly the hydrography was in the opposite direction in respect to the present one.

After the basin was 611ed with sediments, terraces of several orders developped and the hydrography acquired its present direclion.

The terrace deposits came from the reworking of sediments previously deposited both in the Casentino and in the Valdarno basins.

Bctw~n the third and the fourth order of lerraces an aeolian sedimentalion of reworked material occurred. The origin of Ihis material was both from lacustrine and from fluvial lerrace deposits.

RIASSUNTO. - Lo studio mineralogico-petrografico di un elevato numero di campioni prele­vati nella serie neoautoctona del bacino del Valdarno superiore, correlata con le osservazioni di campagna, ha consentito di seguire l'evoluzione del bacino, di ricostruire gli ambienti di sedimentazione e di individuare le provenienze dei materiali clastici .

In particolare, è stato riconosciuto (Pliocene superiore) un primo bacino circoscritto e chiuso, a carattere fluvio-palustre, denominato di Castelnuovo dei Sabbioni, con esclusivo apporto dai Complessi Ligure.Emiliani per la parte stratigraficamente inferiore (ArgiUe di Meleto), e dalla formazione del Macigno del Mugello per quella superiote (Sabbie di S. Donato in Avane).

A una blanda attivi tà tettonica corrisponde l'espansione del bacino neoautoctono che diviene d ichiaratamente lacustre; la provenienza del materiale clastico è dovuta essenzialmente al disfacimento del Macigno del Mugello. Data la distribuzione areale di questa formazione nell'arco appenninico, si deve presumere che l'apporto giungesse prevalentemente dal bacino del Mugello. Ne consegue che il retif9lo idrografico era inverso rispetto a queUo attuale.

Alla fase di colmamento dci bacino lacustre segue la formazione di vari ordini di terraui e lo stabilirsi dell'attuale reticolo idrogra6co.

I depositi tcrrauati provengono da! rimaneggiamcnto dci precedenti cicli sedimentari sia dello stesso bacino che di quello casentinese.

Fra il ter.ro e il quarto ordine di terraui si verifica una fase di sedimentazione eolica di materiale rimaneggiato proveniente in massima parte dalla formazione del ciclo lacustre e dai depositi fluviali terrazzati precedenti .

.. Istituto di Mineralogia, Petrografia e Geochimica dell'Università di Firenze. .... C.N.R. - Centro di Srudio per la Mineralogia e la GeochimiC1l dei sedimenti - Via Lamarmora, 4 . 50121 Firenze.

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672 N. CIPR IAN I , P. MALESANI, S. VANNUCCI

Premessa

Una prima serie di note, dal titolo «Ricerche sulle arenarie., iniZ iata nel 1958 e riguardante varie formazioni prevalentemente clastiche, comprende le: ricerche mineralogiche, !Xr la loro caralterizzazione e la loro distribuzione arcale ndl'arco appenninico, c pctrologich\!, ~r l' identi fi cazione delle c: rocce madri, e delle arce di provenienza del materiale clastico.

Questa seconda serie vuole essere il logico completamento delle precedenti riccrche. Dato che lo studio delle fo rmazioni clastiche appenni niche pre- e si n-oroge­nichc: ha consentito di evidenziare le caratteristiche peculiari di ognuna di ,esse, è possibile, sulla base dci risultati raggi unti, intraprendere le indagini sui sedimenti dei baci ni neooutoctoni sin- e posl-orogenici per definire le aree di provenien;t.a e gli eventi di evoluzione morfologica successivi alla fas<: di deposizione.

t: da notare che alcune di queste formazion i, o baci ni di sedimentazione, sono già sl:tti oggetto di indagini già pubblicate ; in particolare q uesti precedenti sono costituiti dallo studio di alcune formnioni mioce nichc arenacee o calcareo-arenacee sedi mentate sopra i Complessi Ligu re·Emiliani, afllo r::mti in placche isolate ndla Toscana e nella Romagna (nota pubblicata nella serie ~ Ricerche sulle arenarie:.) e da ricerche sui depositi della conca cas<:ntinese.

Queste due ricerche possono essere considerate, anche se a posteriori, delle ~ indagini campione:. nd filone che si intende attualmente sviluppare con q uesta nuova s<:ne.

Infatti la nota riguardal1le i sedimenti neoautoctoni, o eventualmente para· autoctoni, nd caso si ammetta un loro limi tato spostamento col SQvrascorrere della coltre alloctona, mette in evidenza le caratteristiche peculiari dei vari affioramenti tramite le q uali si è risaliti ::IlIa presu mibile provenienz::l del materiale, anche se le conoscenzc di carattere litologico e geologico-strutlurale non erano cosi ampie come allo stato attuale. A q uesto proposito, ad esempio, basti osserva re che in tutti i s<:dimenti miocenici presi in considerazione si era riscontrata la prevalenza del feldspato pot:l.ssico (sanidi no e ortoclasio) sul plagioclasio, fatto che non trova riscontro nelle fo rmazioni clastiche appenniniche precedentemente studiate. Ciò portava a ipotizzare un apporto da parte di rocce effusive acide, confermato dallo studio dei fra mmenti di rocce presenti In tali sedi menti, delle qual i tuttavia non era noto alcun affioramento.

Sulla base di 'queste considerazioni la serie " Ricerche sulle arenarie:. è stata concl usa per approfondire le indagini d i campagna e lo stud io sulle for mazioni mioceniche e post-mioceniche, sin- e post-orogen iche,

Come primo risultato di queste nuove ricerche è da segnalare il rinvenimento di livdli pi roclastici, il cui studio è in corso, a composizione rio-Ialitica, entro s<:di­menti lagunari del Miocene medio-superiore del bacino della Val d'Elsa, che, date le caratterstiche granulometriche dei prodotti vulcanici (da medie a grossolane), sono da ritenersi dei materiali originariamente di una certa diffusione nell'arco

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RICERC H E M INERALOCICO-PETROCRAI' ICI IE SUI SEDIMENTI ETC. 673

appc=nninico e di provenienz..1, se non locale, assai prossima all'arca di affioramento. Tale rinvenimento conduce a una piu corretta interpretazione dei dati minera­

logico.pc=trografici emersi dalle indagin i sulle formazion i neoautoctone o paraautoc­tone mioceniche della Toscana e della Romagna.

L 'altra c indagine campione", condotta sui sedimenti del bacino casenti nese si è dimostrata piu soddisfacente ai fini della determinazione delle c rocce madri" del materiale clastico in quanto non si sono riscontrati altri apporti se non quelli delle formazioni geologiche già studiate e tutt'oggi affioranti, sia pu re con una diversa distribuzione sia qualitativa che quantitativa, nel bacino considerato.

Sulla base di queste espc=rienze, oggetto di note già pubblicate, e di indagini inedite condotte in quest'arco di temIX' (1%7-1976), ci proIX'niamo di iniziare questa nuova serie di ricerche sui sedimenti neoautoctoni che JXlssono comprendere, di volta m voha, studi di carattere generale su un si ngolo b.1cino, o di carattere pu ntuale su un problema di notevole interesse mineralogico-petrografico.

Questa prima nota, che costituisce l'avvio della serie precedentememe prospet. tata, concerne lo studio dei sedimcl1li neoautoctoni del bacino del Valdarno supe­riore, dalla fase tettonica distcnsivn che ha creato il paleobacino, fino alle fasi di terrazz..1mento dei materiali Auvio-lacuslri.

Introd uzion e

11 Valdarno superiore, che costituisce un tipico bacino intermontano lungo l'alto corso del fiume Arno, è stato oggetto di numerosi studi a carattere geologico (CoccHi, 1867; R ISTORI, 1886; LenTI, 1897 e 1910; SESTINI, 1928, 1929, 1936 e 1939; MER LA e ABBATE, 1967), paleomologico (GAUDIN e STROZZI, 1859; CoccH I, 1867; W EITHOl'ER, 1893; LEONARDI. 1947; AZZAROLl , 1947, 1952 e 1%4; MERLA, 1949; BEKZ I, 1965; MARCUCCI, 1970), minerario (STOHR, 1870; CAp .... CCI, 1890; GRATIAROLA, 1901; DE CASTRO e PIl.OTII, 1933; G EMINA, 1962) e geomorfologico (MANC INI e RmlAGNOL I, 1%5) ai quali si rimanda per una più approfondita conOSCenz.1 dcl l'area.

Ai fini ddla presente ricerca si ritiene però indispensabile accennare alla situa· zione geologica dci depositi nooautoctoni, che sono lo specifico oggetto dello st udio, quale risulta dalle più recenti indagini (SESTlNI, MERLA e AIIIIATE.).

Nel Plio-pleiSlocene, in seguitQ a un'attività orogenica c attenuata" secondo un modello a horst e graben, si sa rebbe formato, e successivamente ampliato, il bacino lacustre del Valdarno superiore, delimitato dalle dorsali del Pratomagno, verso Nord, e del Chianti, verso Sud, costituite in prevalenza dalla formazione del Macigno del Chianti. Piccoli lembi dei Complessi Ligure-Emiliani sono presenti, soprattutto al margi ne Sud, rappresentati dal Complesso C10tico, dalla serie di M. Senario e dalla serie Formazione di Sillano-Alberese.

I sedimenti nooautoctoni vengono suddivisi in un primo ciclo lacustre, del Plio· cene superiore e a Aora di clima caldo, denominato di C1stelnuovo dei Sabbioni, costituito dalle Argille di Meleto con livelli di lignite xi loide (Pia) e dalle sovra·

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674 N. CIPRIANI, P. MALES",NI, S. VANNUCCI

stanti Sabbie di S. Donato in Avane (Ps), cui segue in discordanza il ciclo pleisto­eenico inefriore Auvio-lacustre, rappresentato dal Gruppo di Montevarchi e com­prendente, dal basso verso l'alto, le Argille di Figline (Vag), le Sabbie del Tasso (Vs) e i clottolami e s:Jbbie della fase finale di calmamento (Vcg). In condizioni subaeree si sarebbero successivamente deposte, nel Pleistocenc superiore, le Sabbie di Bu­cine (50).

Nella piana di Arezzo vengono distinte, in cteropia con le Sabbie di Bucine, le Argille di Quaraw e i sovrastanti ciattolami di Maspino.

Ai cicli sedimentari bcustri e Auvio-lacustri, e in particolare al complesso sab­bioso-conglomeratico, segue, secondo Mancini e Romagnoli, un deposito di mate­riale eolico, che viene riferito al wiirmiano, di natura loessica, posto alla sommità del pianalto lacustre.

I medesimi Autori individuano una situazione geomorfologica caratterizzata da cinque ordini di terrazzi che, partendo dall'attuale corso dell'Arno, possono essere cosl elencati:

- alluvioni attuali lungo il corso dell'Arno;

- piccolo terrazzo con alluvioni antiche, riferito all'Alluvium antico, rinvenibile climatico, caratterizzato da una modesta evoluzione dei suoli;

- esteso terrazzo riferito al Wiirm in quanto testimonia un importante ciclo talora lungo alcu ni affiuenti, specie di destra, dell'Arno;

- unità geomorfologica, altimetricamente prossima al pianalto, di età non definita;

- il pianalto che sembra di formazione non contemporanea nelle varie zone, in quanto sul versante chiantigiano potrebbe essere più antico rispetto a quello del versante del Pratomagno a tettonica più recente e probabilmente interessato da fenomeni periglaciali durante le due ultime glaciazioni. Sul versante del Prato­magno un'assise di ciotlOlame, sul pianalto, è stata attribuita al Riss.

Sotto un profilo idrologico, il SESTINI rileva che nel primo ciclo lacustre, riferito al Pliocene superiore, il deflusso delle acque ha un andamento 'verso la Val di Chiana e il lago ha come immissario la Sieve. Dal Pleistocene inferiore (Villafranchiano) - per lo meno dai cialtolami della fase di colmamento - si verifica l'inversione della direzione del reticolo idrografico e dal Valdarno superiore, e di conseguenza dal Mugello, le acque defluiscono nell'. Arno fio rentino :. .

La presente ricerca si propone di integrare, mediante indagini di carattere mineralogico e mi!leralogico-pctrografico, le conoscenze geologiche, in particolare per quanto concerne la provenienza e le modalità di sedimemazione dei materiali cla­stici e la ricostruz;ione paleogeografica del bacino nelle sue varie fasi evolutive.

A tale fine è stato eseguito un campionamento di dettaglio tenendo presenti i vari cicli di sedimentazione descritti dagli Autori citati e le disti nzioni litologiche riportate dalla Carta Geologica d'Italia (Foglio 114 - Arezzo - 1967). Inoltre, du-

Fil!'. l. - Bacino ne«oul<>elono del V~ldarnn $uperiorc.

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RICERCHE MINERALOGICo-PETROGRAFlCHE SUI SEDIMENTI ETC. 675

rante il campionamento, particolare cura è stata posta nel prelevare secondo un criterio swtistico i campioni in modo da rappresentare le variazioni litologiche riscontrate sul terreno nell'ambito di ciascuna formazione.

Il campionamento è stato eseguito per serie comprendenti ampli intervalli strati grafici, tenendo presente in ogni caso, per ciascun campione, la posizione nella serie; le località di prelievo sono indicate nella carta geo·litologica di Tavola 1. Per ovvii motivi non sono stati presi in considerazione i cionolami di chiusura del ciclo Auvio-Iacustre costituiti, nella quasi totali tà, da elementi molto alterati di are­narie dci Macigno e le alluvioni attuali dell 'A rno e dci suoi maggiori affluenti.

Tenendo presente la suddivisione nei cicli sedimentari precedelllemente descritt i, il ca mpionamento può essere così schematizzato: - nei depositi lacustri di Castelnuovo dci Sabbioni sono stati prelevati un totale

di 38 campioni; - nei depositi Auvio-lacuslri di Montevarchi e in quelli di Arezzo, un totale di

99 campioni; - nelle alluvioni terrazzate e nei sedimenti eolici, un lOtale di 32 campioni.

In tutti i campioni è stato effettuato il dosaggio dei principali costituenti mine­ralogici mediante diffrattometria a raggi X con il metodo dello standard interno (CIPRIANI, 1958; CIPRIANI e MALESAN I, 1963) e l'identificazione, sempre per via diffrattometrica, dei minerali argillosi presenti nella frazione inferiore a 2 micron, dei quali è stata pure effettuata una stima (CIPRIANI e MALESANI, 1972).

Sulla base dei risultati di queste analisi sono stati effettuati dci raggruppamenti ., formazio llali » e, successivamente, su campioni particolarmente significativi le in­dagini sono proseguite, mediante tecniche a raggi X, per investigare la natura dei fillosilicati non argillosi (CII'RIANI. SASSI e VITERBO BASSAN I, 1968; ]OBSTRAIBIZ'ER e M~LESANI, 1973), e il tenore in anortite dci plagiodasi (S1>IITH, 1956).

Sono state inoltre condotte analisi granulometriche (MALES.~NI, 1966) per definire, tramite lo studio della dislfibuzione di frequenza, le modalità e l'ambiente di sedi­mentazione dei vari materiali (G UAzzaNE e MALESANI, 1970) appartenenti ai diversi cicli sedimentari, e indagini ottiche per il riconoscimento petrogranco dei clasti.

RisuhalÌ sperimentali

Le osservazioni geologiche, stratigraf1che e sedimentologiche, integrate dalle in­dagini mineralogiche condotte sull'insieme dei campioni raccolti, sia per la defini­zione della composizione mineralogica principale che per l'identificazione delle asso­ciazioni dei minerali argillosi presenti, han no consentito di distinguere, in ordine cronologico, i seguenti cicli di sedimentazione: - I fase lacustre, corrispondente geograficamente al baci llO lacllstre di Castelnuovo

dei Sabbioni; - II fase lacustre, che nelle sue linee generali corrisponde al bacino lacustre di

Montevarchi;

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N. CI PRIANI, P . MALESAN I , S. VANNUCCI

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- depositi terrazzati, che presentano un diverso apporto di materiale clastico nella. zona orientale rispetto a quella occidentale;

- sedimenti (:olici.

Nell(: T abelk l (: 2 v(:ngono riporta.ti, s«ondo i cicl i di sedimentazione pr(:c(:­dent(:m(:nt(: elencati, i valori percentuali medi relativi alla frequ(:nza dei tipi lito­logici e, rispettivamente, alla composizione mineralogica principal(: (: all'associazion(: dei minerali argillosi.

Le attribuzioni litologichc sono il risultato delle indagini mineralogich(: e delle analisi granulometriche eseguite sui campion i e le indicazioni formazionali, riportate nelle T abelle, sono le stess<: di quelle della C.1rta Geologica ufficiale; si deve tutta.via sottolinear(: ch(: il rilievo geolitologico (Tavola 1), quale risulta dall(: osservazioni di campagna e dalle indagini mineralogico-petrogranch(: di laboratorio, se ne discosta notevolmente sia sotto il profilo ar(:ale che sotto q uel lo delle conclusfoni stratigra­nche che ne deriva no.

La. composizione mineralogica principale qualitativa è prcssochè costante per la presenza del q uarzo, plagioclasio, fi llosilicati. Il feldspato potassico c la calcite sono saltuariam(:nte presenti. Sotto un pr0610 quamitativo, invec(:, si riscontrano note­voli differenze che si ripercuotono sui litotipi pres<:mi nell'ambito di ciascun ciclo. In particolare, la composizione mi neralogica principale, sia delle argill(: che degli alt ri tipi litologici, è sensibilmente diversa fra il primo e il secondo ciclo lacustri. A ti tolo di esempio v(:ngono riportati i diagrammi di frequenza dei tenori in fl Uo­silicati (Figu ra l), tramite i quali si può osservare ch(: le argille del I ciclo lacuslre

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RICERCHE MINERALOGICO-PETIlOGRAFICHE SUI SEDIMENTI ETC.

(Argille di Meleto, • Pia :.) rappresen­tano circa il 65 % dell'intero spessore della serie campionabile, con un tenore III fillosilicati intorno all'85 %, mentre quelle del II ciclo (Argille di Figline, 4: Vag :.), corrispondenti a Circa 1'80 % della serie campionabile, presentano un tenore m fillosilicat i intorno al 75 %.

Inoltre, per il primo ciclo lacustre, si hanno in continuità con le argille le cosiddette • Sabbie di S. Donato III

Avane :. (. Pis ,.), costituite da alter­nanze, in proporzioni equivalenti in sen­so sia stratigranco che areale, di sabbie e argille, le prime con un tenore in fil ­losilicati atlorno al 30 % e di q uarzo attorno al 50 ")'0, le seconde rispettiva­mente del 65 % e del 255'0. Queste ar­gille risultano quindi, in base alla com­poSIZione, notevolmente diverse da quelle della formazione sottostante.

Per quanto concerne il II ciclo la­cuslre, le sabbie del Tasso (. V S,.) sono caratterizzate da una prevalenza di silt, di Circa il doppio, rispetto alle sabbie vere e proprie. I silt hanno un tenore di fillosilicati attorno al 50 % e di quarzo attorno al 30 1)10, mentre le sab­bie rispettivamente del 35-'10 % e del 40 %. Pertanto ~Iuest'ultimo tipo lito­logico risulta al limite con i silt.

Le differenze composizionali sono ancora più evidenti se si considerano le associazioni dei minerali argillosi carat­teristiche dei due cicli di sedimen­tazione.

Nelle Argille di Meleto (I ciclo) è sempre presente la montmorillonite e un minerale a strati misti, illite-mont­morillonite, che costituiscono all'incir­ca un terzo dell'associazione, mentre le Argille di Figli ne (II ciclo) sono carat­teriZ7..ate dall'associazione c1orite-vermi-

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678 N. CIPRI"NI, P. MALESANI, S. V,,"NNUCCI

cu lile, illite-vcrmiculite c vcrmiculilC che rappresenta circa il 70 % dci totale. Queste ultime, nell'area prospiciente gli affioramenti del I ciclo lacuslre, presen­

tano una composizione leggcrmeme diversa per la presc=nz.1 anche di mommaril­

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Fig. 2. - Diagrammi di frequenza dci IC · nUfC in fillOl;ilicati.

lonite: e di illite-montmorillonitc, in quan­tità però notevolmente inferiore rispetto a quelle delle Argille di Meleto. :t: quindi

da ipotizzare un'erosione delle argille del I ciclo che si sono sedimentate localmente miscclandosi con il materiale clastico pre­valente a diversa composizione.

Inoltre, nella formazione delle Sabbie di $. Donato in Avane, nelle quali la com­posizione dei due litolipi - argille e sab­

bie - si mantiene qualitativamcnte ugua­le a quelle delle formazioni del II ciclo, le argille si distinguono dalle sabbie per i tenori, relati ... amente ele ... ati, di clorite. Rispet~o alle Argille di Figline esse presen· tano più ele ... ati tenori di clorite e di ... er· miculite. e più bassi di clorite· ... ermiculite.

Non esistono in ... ece, sempre sotto il profilo dei minerali argillosi, note ... oli dif· fcrcnu: fra le sabbie del I ciclo di sedi. mcntazione e quelle presenti nella forma· zione delle Sabbie dci Tasso appartenente al II ciclo, se si eccettua l'assenza della clorite nei litotipi a granulometria mag· giore di quest'ultima formazione e della caolinite che del resto è sporadica in tutte le formazioni sottostanti.

Indubbiamente le ... ariazioni quamita. tive riscontrate, a parità di associazione m,i. neralogica, sono strettamente legale alle caratteristiche di permeabi lità dei materiali,

e queste ultime, a silicati e minerali

loro ... olta, dipendono dalla granulometria e dal tenore in fillo­argillosi presenti, come verrà discusso più dettagliatamente in

seguito. Le composizioni mineralogiche riscontrate nelle ... arie formazioni dei due cicli

lacustri sono state integrate dalle indagini di carattere petrografico, eseguite sulla frazione psammitica, per lo studio dei frammenti di roccia che possono meglio chiarire le pro ... enienu: del materiale clastico.

Nelle Argille di Meleto i frammenti di roccia sono riferibili a litotipi argillitici

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RICERCHE MINEkALOClço.-PETROG~AI'ICIIE SUI SEDIMENTi ETC. 679

del Complesso Caotico o dell'Indillercnziato e ne presentano la stessa composizione mineralogica.

Nelle formazioni sovrastanti, invece, si riscontra la pressochè totale assenza di frammenti di roccia. Le frazioni psammitiche sono costituite prevalentemente da granuli monomineralici e i pochi elementi policristallini sono riferibili a rocce meta· morfiche di medio grado. Solo in determinate aree del bacino (Wn.1 di Incisa e di Figline), specie nell'ambito del II ciclo, si rinviene qualche frammento di calcare micritico, più o meno marnoso, attribuibili alla formazione dell'Alberese.

Per quanto conccrne i depositi terrazzati, se si eccettuano le alluvioni attuali e reccnti lungo il corso dell'Arno che, d'altra parte, non sono state interessate dal cam­pionamento, le indagini mineralogico·petrografiche non hanno permesso di distingue­re e di correlare i vari ordini di terrazza mento con i loto depositi, in quanto le com­posizioni mineralogiche, nell'ambito di aree assai estese, risultano sostanzialmente uniformi.

Le analisi consentono tuttavia di riconoscere due tipi di associazione minera­logica che individuano due aree, ulla orient:1le e una occidcntale, separate dall'alli­neamento Loro Ciuffenna - Bucine.

TUlti i campioni prelev:1ti in quella orientale presentano infatti tenori attorno a\ 15 10 di calcite, minerale che è invece dei tutto assente in quelli dell'arca occi­dentale. Questa particolarità è dovuta alla prescn7 .. 1 di numerosi frammenti di rocce carbonatiche, sotto forma di granuli, rifcribili alle formazion i di La Verna, dell'Al­berese e di Sillano.

A questa sostanziale dillerenza di composizione mineralogica e petrografica fa riscontro, in quella dei minerali argillosi, una corrispondente presenza e quasi totale assenza della clorite.

Anche i rapporti litologici - silt e sabbie - si invertono nelle due aree: in quella orientale predominano le sabbie, contrariamente a quanto si verifica nell'arca occidentale.

Ai depositi dei tre o.rdini superiori di terrazzi, seguono i sedimenti eoliti riferiti al wurmiano. Questi sono caratterizzati da sabbie medie e fini ben c1assate, con elementi a elevata sfericità e arrotondamento, che presentano una composizione mineralogica assai monotona; mediante il tenore in quarzo è attorno al 60 % e sono pressochè assenti granuli di frammenti di roccia .

Nella frazione granulometricamente argillosa, che è sempre nettamente subor­dinata, si riscontrano i più elevati tenori di c1orite-vcrmiculite e l'assenza della clorite.

Considcrazioni conclusive

Le osservazioni geologiche e stratigrafiche, correlate con lo indagini mi nera· logiche e petrografiche, hanno portato alla redazione della carta geolitologica allegata (Tavola I) che schematizza l'evoluzione del bacino di sedimentazione in base ai cicli precedentemente descritti .

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680 N. CI PRI ANI, P. "''''' .. ESANI, S. VANNUCCI

Pc=r chiarire meglio la situazione str3ligrafìca che ne risulta, sono state costruile quattro colonne stratigraflche esplicative in corrispondenza di zone particolarmente significative. Gli spessori delle singole formazioni sono desunti dalle osservazioni di campagna e da sondaggi eseguiti, per altre finalità, nelle rispettive zone.

Vengono inoltre riportale, ndla Tavola I, tre sezioni geologiche esplicative, normali all'asse del bacino, che visualizzano i rapporti fra i vari cicli sedimentari

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Fig. 3. - c..rve cumulative gr~nulomclriche: A) argill:l, .ih c .,.bbi:l del 1 ciclo «bcustre _; B) silt, sabbia fine e m«li" dci n ciclo [:l"unte; C) sih, :s.;Ibbia fine c m<:dia delle fa,i di tc:rraz.umento; D) ""bbia fine c media ddb fase: colica.

riconosciuti . S'intende che lo spessore dci sedimenti neoautocloni c la morfologia del palcoinvaso sono stati ricostruiti sulla base delle osservazioni di campagna e dei dati forniti dai pochi sondaggi che hanno raggiunto le formazioni del substrato.

Dalla ricostruzione geologica che ne risulta si può osservare che il I ciclo lacustre comprendeva l'area centrale dci bacino.

Le analisi granulometriche di numerosi campioni appartenenti alle due for­mazioni riconosciute dimostrano, tramite lo studio della distribuzione di frequenza, che l'ambiente di sedimentazione doveva essere Auvio-palustre. Infatti la .distribu-

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RICERCHE MINERALOGICO-PETROCRAFICHE SU I SEDIMENTI ETC. 681

zione è di tipo unimodale (Figura 2a) e la classazione, nell'ambito di uno stesso litotipo, risulta sufficientemente buona, caratteristiche che non sono compatibili con un ambiente lacustre.

Nella Tabella 3 sono riportate le caratteristiche granulometriche, e i relativi campi di variabilità, dei litotipi pi ù frequentemente riscontrati nelle due formazioni del I ciclo e, per un confronlo analitico, i dati relativi ai sedimenti dci successivi cicli .

A conferma dell'interpretazione di un ambiente Auvio·palustre si può portare il ( sovraconsolidamento » delle argille di questo ciclo che è stato provocato indub· biamente da fenomeni di periodico essiccamento e non già da un costipamento dci materiale a opera di sedimenti sovrastanti, come è dimostrato dall'elevatissima porosità di tali argille (SFALANGA, MALES.~Nl e V ANNUCCI, 1974).

Anche la Aora, tipica di un clima caldo (MARCUCCI, 1970), ben si inquadra in una tale ricostruzione.

In seguito a una blanda attività teuonica, che ha innalzato il margine chianti. giano, si verifica l'espansione dci bacino e ' inizia il II ciclo, caratterizzato dalla formazione delle Argille di Figline «Vag ») che si conclude con la deposizione, probabilmente in ambiente non più lacustre specie nelle aree marginali del bacino, delle Sabbie del Tasso « V S »). È certo però che i cosiddetti ( ciottolami e sabbie della fase di colmamento » risultano appartenere, date le loro caratteristiche sedi· mentologiche e petrografiche che verranno esposte più oltre, a depositi Auviali, specie di conoide.

Le analisi granulometriche confermano che le Argille di Figline e le Sabbie del Tasso, queste ultime limitatamente alla parte centrale del bacino, si sono sedi· mentate in ambiente lacustre (probabilmente in condizioni di clima temperato come testimoniano i reperti paleontologici) in quanto si presentano mal classate e con distri· buzioni di frequenza sempre bimodali (Figura 2 b).

:t. da sottolineare che sotto un profilo granulometrico la formazione delle Argille di Figline è costituita da ~ilt, mentre quella delle Sabbie del T asso comprende sia dei silt che delle sabbie fini e medie.

È seguita la formazione di tre ordini di terrazzi sui quali si riscontrano depo­siti, areaimellle estesi ma in genere di esiguo spessore, provenienti dal rimaneggia. mcnto di maleriali dei precedenti cidi sedimentari o miscclati con apporti esterni al bacino; in particolare si può ipotizzare il rimaneggiamemo dei depositi di col· mamento, o dei terrazzamenti più antichi, dci bacino casentinese, e successiva sedi· mentazione sui terrazzi del Valdarno superiore (area orientale), date le strette analogie di composizione petrografica degli elementi litoidi rinvenuti in questi depositi. Quest'osservazione era già stata esposta da SESTINI (l928, 1936) per spie­gare l'evoluzione del reticolo idrografico dci Valdarno superiore.

Le distribuzioni granulometriche di frequenza dei depositi tcrrazzati (Figura 2c) confermano la deposizione in ambiellle Auviale in quanto risultano bimodali con una (coda » nelle frazioni più fini e i sedimenti sono da moderatamente a ben dassati, specie quelli a gran ulometria maggiore.

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682 N. CIPRIANI, P. M ALESANI, S. VANNUCC I

TAflEUA 3

Caratteristiche e parametri granulometrici con i relattvi campi di variabilità

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Alle fasi di terrazzamento è succeduta una sedimentazione eolica, talora costi· tuita da veri e propri locss, impllstata sugli ordini inferiori dei terrazzi.

Questi depositi sono rappresentati çla sabbie fini e medie, ben classate, con una distribuzione di frequenza. (Figura 2 d) unimodale, pressochè simmetrica e mcso­cunica. Con ogni probabilità la '" coda :. di materiale granulometricameme fine è successiva alla deposizione del materiale sabbioso ed è imputabile all'infiltrazione di argilla in un mezzo altamente poroso e permeabile.

Si può ipotizzare che i sedimenti eolici siano riferibili al momento culminante dell'ultima glaciazione e che i più fini abbiano d<lto origine ai loess, mentre quell i più grossolani formassero delle dune lungo i maggiori corsi Auviali.

La situazione attuale è completata dalle alluvioni recenti e antiche dell'Arno e dei suoi maggiori amuenti.

Oltre a questa ricostruzione, i dati analitici, mineralogici e petrografici, permet­tono di individuare le provenienze dei materiali clastici che caratterizzano i depositi di ciascun ciclo sedimentario e di trarre delle conclusioni di carattere sia paleogeo­grafico che paleoidrografico.

La composizione mineralogico-petrografica delle Argille di Meleto, apparte­nenti al I ciclo, che si scosta nettamente da quella di tutte le altre formazioni sovrastanti, è strettamente analoga a quella delle formazioni stratigraficamente in­feriori (Complessi Caotico e Indilfcrenziato, formazione di Sillano) dei Complessi Ligure-Emiliani. Pertanto la provenienza del materiale deve farsi risali re a tali formazioni . .t: logico pertanto ipotizzare che i complessi Ligure-Emiliani, oggi rap-

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RICERCHÈ MINERALOCICO-PETROGRAFICHE SUI SED IMENTI ETC. 683

presentati da lembi di modesta entità al margine del bacino pliocenico, dovevano coprire molto più estesamente il Macigno della dorsale chiamigiana. Dal denuda­mento della coltre alloctona si è originato il materiale clastico che ha dato luogo alle Argille di Meleto.

Le ultime fasi di colmamento di questo primo ciclo (Sabbie di S. Donato in Avane) presentano una provenienza del materiale clastico dal Macigno del MugeUo (o formazione di Londa) del quale non restano oggi che piccoli affioramenti ai margini della dorsale chiantigiana. :t da supporre però che il Macigno del Mugello non formasse affioramenti continui, sia sulla dorsale del Chianti che su quella del Pratomagno.

La provenienza dei materiali dei successivi cicli sedimentari (II ciclo lacustre) è costantemente data dal disfacimento del Macigno del Mugello, o (fasi di terraz­zamento ed eolica) dal rimaneggiamento di depositi dei pre~edenti cicli.

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Fig. 4. - Diagramma indice di maturuà· rapporto fra i feldspati. con le indicazioni relative alla provenienza del materiale. MgM = Macigno del Mugello, o di Londa, o Macigno B; C = Complesso Caotico, IndifFerenziato e Formazione di Sillano; Pia = Argille di Meleto; Pl, = Sabbie di S. Do­nato in AV3!1e; Vag = Argille di Figline; Vs = Sabbie del Tasso; Vcg =Conglomer3li di colma­mento; T = Dcp05iti tcrraz7,:Jti; E = Sedimenti colici.

Per maggior chiarezza, nei diagrammi di Figure 3 e 4, vengono riportate schematicamente le correlazioni fra le possibili <t: rocce madri ~ e le formazioni neo­autoctone individuate, utilizz.1ndo i parametri più signincativi ricavabili dalla com­posizione principale e dall'associa7,ione mineralogica della frazione argillosa.

Le fasi di terrazzamento dell'area orientale, come è stato sottolineato in prece­denza, presentano un apporto dato dalla miscdazione di materiali clastici rimaneg­giati provenienti dal Macigno del Mugello e da formazioni dei complessi Ligure­Emiliani (Alberese e Sillano) e parautoctone (La Verna).

Altri casi particolari di apporti che risultano diversi da q uelli precedentemente descritti sono presentati dalle Argille di Figline (II ciclo) nella zona compresa fra S. Giovanni e Figline Valdarno, le cui composizioni indicano un limitato apporto dalle Argille di Meleto (I ciclo), e dai cionolami fluviali di chiusura del II ciclo

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684 N. CIPIUANI, P. MALIlSANI, S . VANNUCCI

(c Vcg . ) del v<=rsante del Pratomagno che, in base alle indagini mineralogiche di numerosi ciOltoli, denotano una loro provenienza dalla formazione del Macigno dd Chianti.

Ulteriori indicazioni sulle provenienze dei materiali clastici sono desumibili dalle composizioni medie dei plagioclasi e dai parametri strutturali delle miche chiare, che consentono di determinare il contenuto di frazione paragonitica e di femici, con i rapporti semiquantitativi fra paragonite e muscovite (Tabelle 4 e 5). Per confronto, sono indicati i corrispondent i valori medi relativi alle tfe formazioni clastiche (Ma­cigno del Chianti, Macigno del Mugello e Marnoso-arenacea) attualmente più rap­presentati nell'arco ap~nninJco c, in particolare, nell'area che comprende il Val­darno su~nore.

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Come si può osservare, le composi­zioni medie dei plagioclasi e i dati rela­tivi alle miche chiare sono in perfetto ac­cordo con quelli della fo rmazione del Macigno del Mugello, se si eccettuano, specie per quanto riguarda il tenore in anorti te dei plagioclasi, le Argille di Me· leto.

Sulla base dei dati ottenuti sulla pro­venienza. dei materiali clastici, sono state successivamente condotte altre indagini sui fillosi licati della frazione psammitica che, correlate con le associazioni di mine­rali argillosi riscontrate in quella argil­losa, evidenziano i processi d'alterazione verificatisi durante il ri maneggiamento dei materiali originari e la loro sedimen­tazione negli ambienti e nelle condizi-oni climatiche già descritti.

Nella Tabella 6 sono riportate le stime semiquantitative dei fillosilicati pre­senti nella frazione psammitica di tutte quelle fo rmazioni che hanno un'evidente provenienza. dalle fo rmazioni Ayscioidi della serie T oscana, e, per confronto, i dati relativi a queste ultime.

Per quanto riguarda invece le Argille di Meleto, che d'altra parte tutte le in­dagini indica no provenire dai complessi Ligure-Emiliani in seguito a un loro mo­desto rimaneggiamemo, l'associazione dei fillosilicati (muscovite = 90 % e clori­te = lO %), analoga a quella presentata da tali complessi, conferma quest'inter-pretazione.

Si può notare, ris~llo alle c rocce madri :t, un aumento notevole della museo· vite, che è da ritenersi prevalentemente indiretto ~r la diminuzione, o la scom-

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RICERCHE MINER AUlGlCO-PETROGRAflCHE SUI SEOIMENTI ETC. 685

T ABELLA 4

Composizioni medie dà plagioclasi

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parsa, degli altri componenti che danno luogo a minerali argillosi. In particolare, si può ritenere che prevalentemente la clorite e la biotite si trasformi no in clo­rite-vermiculite e successiva mente IO

vermiculite, dando inoltre luogo a mi­nerali argillosi, dello stesso tipo, nella frazione pelitica.

In quest'ultima le differenze quanti­tative riscoQtrate fra clorite e clorite-ver­miculite (Figura 4) sarebbero qui ndi do­vute all'inteoistà e alla durata dd rima­neggiamcnto subìto dal materiale clastico. Pertanto le Sabbie di S. Donato in Avane

T ABELLA 5 Dati strutturali della muscovite e rapporto semiquantitativo

fra la paragonite e la muscovite

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risulterebbero, sotto il profilo mineralogico, più rimaneggiate delle Sabbie del Tasso e dei sedimenti terrazzati originatisi da queste ultime.

Quest'interpretazione è avvalorata anche dai rapporti riscontrati fra c dall 'indice di maturità (Figura 3),

feldspati

Per quanto concerne invece i sedimenti della fase eolica, tenendo presenti le ( rocce madri " si può osservare nella frazione pclitica una tendenza a un'inversione, fra vermiculite e dorite-vermiculitc, che può essere considerata sinsedimentaria e

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686 N . CIPRIANI, P. MALESANI, S . V,o\NN U CCI

TABELLA 6 Tenori medi di fillosilicati nella frazione psammùica

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legata alle condizioni paleoclimatiche; oppure l'arricchimento di clorite-vermiculite potrebbe essere conseguente a fenomeni post-sedimentari, quali l'infiltrazione di materiali argillosi ricchi in questo minerale a strati misti.

Concludendo, in base ai dati della letteratura e alle considerazioni esposte si può ricostruire la seguente evoluzione del bacino neoautoctono del Valdarno su­penore:

- Formazione, nel Pliocene superiore, di un bacino circoscritto e chiuso a carattere fluvio-paluslre, con esclusivo appono di materiale clastico di pertinenza al suo bacino idrografico.

- Formazione del più ampio bacino lacustre del Valdarno, da Rignano sull'Arno alla pianura d'Arezzo, con derivazione del materiale clastico dal disfaci mento del Macigno del Mugello; con ogni probabililà tuttavia, data la distribuzione areale di questa formazione nell'arco appenninico, si deve presumere che l'apporto giungesse prevalentemente dal bacino dci Mugello, mentre la formazione dci Macigno del Chianti, estesamente affiorante nel bacino idrografico del Valdarno superiore, non sembra aver contribuito in modo apprezzabile all'apporto del materiale clastico. Si può infine escludere una provenienza dal Casentino in quanto i sedimenti eteropici di questo bacino derivano dai Complessi Ligure­Emiliani (MALEsANI, 1970). Risulta pertanto anche per questa via la ricostruzione idrologica secondo la quale la Sieve si immetteva nel bacino lacustre del Valdarno superiore, e, colle­gandosi con 1'« Arno casenti nese > nella piana d'Arezzo proseguiva nella Val di Chiana.

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RICERCHE MINEII.ALOC IOO-PETROCII.AFICHE SU I SEDtMENTi ETC. 687

Fasi di lerrazzamento degli ordini superiori con l'inversione di tutto il reticolo idrografico secondo l'auuale situazione. Infatti si riscontra un'uniformità dei depositi terrazzati, dal conoide dell 'c Arno casentinese ~ nella piana d'ArezZD fino all'allineamento Loro Ciuffenna - Bucine. Le differenze di composizione riscontrate tra questi sedimenti e quelli analoghi dell'area occidentale, può essere dovuta a una diminuzione dell'energia di tra­sporto in corrispondenza di tale allineamento, imputabile ai numerosi affiora­menti delle formazioni del subslralo pre-neoauloctono. A sostegno di quest'ipotesi si può osservare che lo spessore dei depositi terrazzati dell'area orientale dimi­nuisce progressivamente dalla piana d'ArezZD fino al predeno allineamento; inol­tre, nell 'area orientale, sono presenti estesi depositi Auviali sui terrazzi morfo­logici, mentre in quella occidelllale il terrazzamelllo è prevalentemente d'ero­sione con sedi menti terrazzati, di un certo spessore, solo nelle fasce pedemontane.

Ai tre ordini superiori di terrazzi è seguita una fase di sedimentazione eolica con provenienz.1 e rimaneggiamento prevalentemente del materiale delle forma­zioni delle Sabbie dci T asso e dai depositi fluviali terrazzati. Chiude l'evoluzione geo-morfologica del bacino la realizzazione di due ordini di terrazzi lungo l'Arno e i suoi affiuenti maggiori.

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