Il margine continentale Antartico è attivamente studiato dall’Italia per mezzo del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA). Tra i dati acquisiti dal PNRA ci sono diverse migliaia di km di profili sismici a riflessione multicanale raccolti a bordo della nave OGS-Explora. I dati in Penisola Antartica (un margine ad elevata sensibilità climatica) hanno contribuito alla ricostruzione della storia della calotta Antartica permettendo l’individuazione e caratterizzazione di 6 unità sismiche sul rialzo continentale (Rebesco et al 1997). Tali dati hanno inoltre contribuito significativamente al Site-survey che ha permesso la perforazione Ocean Drilling Program (ODP) 178 (Barker & Camerlenghi, 2002). Con il progredire delle conoscenze in Antartide si sono sviluppati anche i confronti con i margini ghiacciati delle alte latitudini dell’emisfero settentrionale (Dowdewell & Ò Cofaigh 2002). Tenendo conto delle dovute differenze il margine Antartico viene considerato in ambito europeo come un ottimo analogo “maturo” per i margini più settentrionali. Mentre infatti i margini europei settentrionali (e specialmente quelli occidentali della Norvegia) sono stati modellati a partire dal Plio-Pleistocene dall’azione del ghiaccio che periodicamente si espandeva fino a raggiungere il limite della piattaforma continentale, quelli Antartici possono vantare un simile sviluppo a partire dal Paleogene. Tuttavia, mentre sul margine Norvegese sono note da tempo le colate di detrito (debris flow) originate alla base del ghiaccio durante i periodi glaciali e deposte sui precedenti depositi della scarpata continentale (Laberg & Vorren, 1995), in Antartide queste sono ancora molto scarsamente documentate. Le possibili spiegazioni avanzate per questa differenza sono molteplici: la minore disponibilità/qualità di dati Antartici rispetto a quella dei più vicini e studiati margini europei; la maggiore profondità (in termini stratigrafici) dei depositi Antartici di questo tipo; le differenze reologiche legate alla minore quantità d’acqua alla base del ghiaccio Antartico; etc... Mentre la terza di queste possibilità contribuirebbe a spiegare l’assenza in Antartide di questi depositi, le prime due suggerirebbero solo la difficoltà di individuarli. Per queste ragioni, nell’ambito del progetto PNRA RADA, alcuni profili sismici multicanale a riflessione raccolti nello scorso decennio in Penisola Antartica sono stati rielaborati utilizzando moderne tecniche di processing in modo da poter ottenere un miglioramento nell’interpretabilità dei dati e poterli integrare con le altre informazioni disponibili nell’area come ad esempio i pozzi ODP (Diviacco et al 2003). Dopo una fase di studio di catalogo sui dati sismici esistenti in zona, sono state evidenziate due linee (IT95137 e IT95138A) che risultavano promettenti sia dal punto di vista geologico che dal punto di vista del reprocessing. Entrambe evidenziano una unità lenticolare spessa circa 10-20 msec con un calo di ampiezze (circa 12 db), per assenza di segnale, mediamente a 20 msec sotto il fondo mare. Il primo obiettivo che ci si è posti è stato quindi verificare l’effettiva assenza di riflessioni, curando il recupero di ampiezza, la rimozione del rumore ed aumentando la risoluzione dei dati utilizzando tecniche di deconvoluzione diverse da quelle utilizzate durante il processing “storico”. A tal fine è stato utilizzato il metodo Wold-Kolmogorov, che prevede la stima dell’ondina sismica a partire dalla media dell’autocorrelazione delle tracce nei singoli scoppi, con imposizione della fase minima attraverso l’utilizzo della trasformata di Hilbert. Il miglioramento ottenuto (figura 1) consente di confermare l’assenza di riflessioni coerenti nell’intervallo in questione e di datare il medesimo a circa 3 Ma per correlazione, lungo il fianco orientale del Sediment Drift 7, con il pozzo ODP1095. La qualità dei dati riprocessati consente inoltre di fare una serie di altre interessanti osservazioni per caratterizzare meglio l’unità. La prima consiste nell’individuazione di zone colonnari caratterizzate da cadute di ampiezza simili a dei coni d’ombra, posizionate in corrispondenza di particolari morfologie del fondo mare. Nel caso della linea IT138A è stato evidenziato in corrispondenza di queste manifestazioni una diffrazione in mare, rimossa nel precedente processing, che si può probabilmente mettere in relazione con le dense fuoriuscite di fluidi ed i vulcani di fango osservati in zona nella crociera PNRA MAGICO (Gennaio-Febbraio 2004). In corrispondenza di questo evento si può notare inoltre un effetto di pull-up negli strati sottostanti. Mandando in stack i dati per ranges di offset (figura 2) è possibile notare che per distanze sorgente-ricevitore maggiori di circa 1000 m subentra un fenomeno di splitting sia del cono d’embra che del pull-up. Questo può essere spiegato come un effetto di under-shooting provocato da un’anomalia di piccole dimensioni presente vicino al fondo mare, della quale pero’ risulta difficile stimare esattamente dimensioni e posizione. Per capire meglio le caratteristiche dello strato di debriti e delle anomalie individuate sono stati quindi testati, come input per la migrazione prestack in profondità, vari modelli di velocità intervallare. Le sezioni sismiche (figura 3) ottenute mostrano che l’unità non è omogenea, con probabile presenza di fluidi in migrazione che, raggiunto il fondo mare, possono dare origine a vulcani di fango. Tutte le caratteristiche evidenziate suggeriscono quindi di interpretare l’unità analizzata come un chiaro esempio di deposito gravitativo prodotto da colate di detrito (debris flow): forma lenticolare all’interno della depressione che borda il Sediment Drift 7; assenza di riflettori coerenti; assorbimento del segnale sismico; fuoriuscite di fluidi in sovrappressione prodotte per consolidamento di materiali fini ad alto contenuto d’acqua in seguito alla rapida messa in posto di questo spesso deposito gravitativo.

Individuazione e caratterizzazione di depositi gravitativi (debris flow) sul margine Pacifico della Penisola Antartica attraverso il reprocessing di dati sismici “storici”

Diviacco P;Rebesco M;
2004

Abstract

Il margine continentale Antartico è attivamente studiato dall’Italia per mezzo del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA). Tra i dati acquisiti dal PNRA ci sono diverse migliaia di km di profili sismici a riflessione multicanale raccolti a bordo della nave OGS-Explora. I dati in Penisola Antartica (un margine ad elevata sensibilità climatica) hanno contribuito alla ricostruzione della storia della calotta Antartica permettendo l’individuazione e caratterizzazione di 6 unità sismiche sul rialzo continentale (Rebesco et al 1997). Tali dati hanno inoltre contribuito significativamente al Site-survey che ha permesso la perforazione Ocean Drilling Program (ODP) 178 (Barker & Camerlenghi, 2002). Con il progredire delle conoscenze in Antartide si sono sviluppati anche i confronti con i margini ghiacciati delle alte latitudini dell’emisfero settentrionale (Dowdewell & Ò Cofaigh 2002). Tenendo conto delle dovute differenze il margine Antartico viene considerato in ambito europeo come un ottimo analogo “maturo” per i margini più settentrionali. Mentre infatti i margini europei settentrionali (e specialmente quelli occidentali della Norvegia) sono stati modellati a partire dal Plio-Pleistocene dall’azione del ghiaccio che periodicamente si espandeva fino a raggiungere il limite della piattaforma continentale, quelli Antartici possono vantare un simile sviluppo a partire dal Paleogene. Tuttavia, mentre sul margine Norvegese sono note da tempo le colate di detrito (debris flow) originate alla base del ghiaccio durante i periodi glaciali e deposte sui precedenti depositi della scarpata continentale (Laberg & Vorren, 1995), in Antartide queste sono ancora molto scarsamente documentate. Le possibili spiegazioni avanzate per questa differenza sono molteplici: la minore disponibilità/qualità di dati Antartici rispetto a quella dei più vicini e studiati margini europei; la maggiore profondità (in termini stratigrafici) dei depositi Antartici di questo tipo; le differenze reologiche legate alla minore quantità d’acqua alla base del ghiaccio Antartico; etc... Mentre la terza di queste possibilità contribuirebbe a spiegare l’assenza in Antartide di questi depositi, le prime due suggerirebbero solo la difficoltà di individuarli. Per queste ragioni, nell’ambito del progetto PNRA RADA, alcuni profili sismici multicanale a riflessione raccolti nello scorso decennio in Penisola Antartica sono stati rielaborati utilizzando moderne tecniche di processing in modo da poter ottenere un miglioramento nell’interpretabilità dei dati e poterli integrare con le altre informazioni disponibili nell’area come ad esempio i pozzi ODP (Diviacco et al 2003). Dopo una fase di studio di catalogo sui dati sismici esistenti in zona, sono state evidenziate due linee (IT95137 e IT95138A) che risultavano promettenti sia dal punto di vista geologico che dal punto di vista del reprocessing. Entrambe evidenziano una unità lenticolare spessa circa 10-20 msec con un calo di ampiezze (circa 12 db), per assenza di segnale, mediamente a 20 msec sotto il fondo mare. Il primo obiettivo che ci si è posti è stato quindi verificare l’effettiva assenza di riflessioni, curando il recupero di ampiezza, la rimozione del rumore ed aumentando la risoluzione dei dati utilizzando tecniche di deconvoluzione diverse da quelle utilizzate durante il processing “storico”. A tal fine è stato utilizzato il metodo Wold-Kolmogorov, che prevede la stima dell’ondina sismica a partire dalla media dell’autocorrelazione delle tracce nei singoli scoppi, con imposizione della fase minima attraverso l’utilizzo della trasformata di Hilbert. Il miglioramento ottenuto (figura 1) consente di confermare l’assenza di riflessioni coerenti nell’intervallo in questione e di datare il medesimo a circa 3 Ma per correlazione, lungo il fianco orientale del Sediment Drift 7, con il pozzo ODP1095. La qualità dei dati riprocessati consente inoltre di fare una serie di altre interessanti osservazioni per caratterizzare meglio l’unità. La prima consiste nell’individuazione di zone colonnari caratterizzate da cadute di ampiezza simili a dei coni d’ombra, posizionate in corrispondenza di particolari morfologie del fondo mare. Nel caso della linea IT138A è stato evidenziato in corrispondenza di queste manifestazioni una diffrazione in mare, rimossa nel precedente processing, che si può probabilmente mettere in relazione con le dense fuoriuscite di fluidi ed i vulcani di fango osservati in zona nella crociera PNRA MAGICO (Gennaio-Febbraio 2004). In corrispondenza di questo evento si può notare inoltre un effetto di pull-up negli strati sottostanti. Mandando in stack i dati per ranges di offset (figura 2) è possibile notare che per distanze sorgente-ricevitore maggiori di circa 1000 m subentra un fenomeno di splitting sia del cono d’embra che del pull-up. Questo può essere spiegato come un effetto di under-shooting provocato da un’anomalia di piccole dimensioni presente vicino al fondo mare, della quale pero’ risulta difficile stimare esattamente dimensioni e posizione. Per capire meglio le caratteristiche dello strato di debriti e delle anomalie individuate sono stati quindi testati, come input per la migrazione prestack in profondità, vari modelli di velocità intervallare. Le sezioni sismiche (figura 3) ottenute mostrano che l’unità non è omogenea, con probabile presenza di fluidi in migrazione che, raggiunto il fondo mare, possono dare origine a vulcani di fango. Tutte le caratteristiche evidenziate suggeriscono quindi di interpretare l’unità analizzata come un chiaro esempio di deposito gravitativo prodotto da colate di detrito (debris flow): forma lenticolare all’interno della depressione che borda il Sediment Drift 7; assenza di riflettori coerenti; assorbimento del segnale sismico; fuoriuscite di fluidi in sovrappressione prodotte per consolidamento di materiali fini ad alto contenuto d’acqua in seguito alla rapida messa in posto di questo spesso deposito gravitativo.
88-900385-8-6
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