Riassunto & Abstract Master Thesis

RIASSUNTO La Faglia Nord Anatolica (NAF) (Şengor, 1979 cum biblio) è un importante sistema di faglie trascorrenti, che bordano il plateau Anatolico, impostata su un’antica e complessa zona di sutura localizzata al limite fra la Placca Arabica e la Placca Euroasiatica. La Faglia Nord Anatolica costituisce uno dei più grandi sistemi di faglie attive al mondo tanto da essere considerata da numerosi autori come una vera e propria transforme continentale (Taymaz et al. 1991). La discussione della comunità scientifica sulle caratteristiche di questo lineamento tettonico è molto accesa anche su tematiche di base come le sue geometrie e la sua evoluzione nel tempo. Le geometrie complesse di questi sistemi di faglia producono strutture a fiore e bacini sedimentari detti di pull-apart (Barka et al. 2000). Questi bacini rivestono una grande importanza poiché contengono informazioni relative all’evoluzione della Faglia Nord Anatolica. Basandosi sulle età delle faglie correlate ai depositi dei bacini sedimentari di pull-apart, viene da molti Autori proposto che la Faglia Nord Anatolica fosse attiva a partire dal Miocene superiore (~11 Ma) (Şengor et al. 2005); tuttavia alcuni lavori hanno evidenziato come questo sistema di faglia fosse attivo già durante l’Oligocene superiore ed addirittura fin dal limite Paleocene-Eocene (~ 57 Ma) (Uysal et al. 2006). Questa Tesi di Laurea si pone come obiettivo principale l’analisi, dal punto di vista della sua evoluzione stratigrafica e strutturale, del settore orientale del Bacino di Taşçilar, localizzato a Nord del grande Bacino di Tosya, nei pressi del villaggio di Taşçilar. Nella cartografia ufficiale turca (1:500.000 Scaled Geological Map of Turkey, Sheet Sinop: Uguz et al. 2002) all’interno del Bacino di Taşçilar, viene ipotizzata la presenza di depositi Eo-Miocenici, pertanto questo settore è potenzialmente in grado di fornire informazioni sull’evoluzione pre-Miocenica dell’attività della Faglia Nord Anatolica. La Tesi ha preso in esame la geologia di un’area di circa 25 km2 nei dintorni del villaggio di Taşçilar, (Provincia di Kastamonu, Distretto di Tosya) nella Turchia centro-settentrionale. La zona ricade all’interno della Zona di Sutura Intra-Pontide (IPSZ) un terrane composto di unità tettoniche oceaniche e continentali imbricate, localizzato tra il Sakarya Terrane a Sud e l’Istanbul-Zonguldak Terrane a Nord (Yilmaz, 1990). Nell’area di studio affiorano due unità tettoniche appartenenti all’IPSZ che costituiscono il substrato del Bacino di Taşçilar: l’Unità Devrekani e l’Unità Arkot Dağ rispettivamente un’unità metamorfica di medioalto grado con metamorfismo Giurassico (Göncüoğlu et al. 2015) e un’unità caratterizzata dalla presenza di un mélange sedimentario con struttura di tipo block-in-matrix di età Santoniana (Göncüoğlu et al. 2014). Il Bacino di Taşçilar è stato studiato integrando diverse metodologie: il rilevamento geologico-strutturale alla scala 1:10.000 del bacino sedimentario, l’analisi stratigrafica della successione del bacino (attraverso la misurazione e l’analisi di sezioni stratigrafiche di dettaglio), lo studio micropaleontologico della successione stratigrafica (attraverso l’analisi del contenuto dei depositi in nannoplancton calcareo ed Ostracodi realizzato durante il progetto di tirocinio presso l’IGG-CNR di Pisa), lo studio petrografico della successione sedimentaria mirata alla caratterizzazione dell’area sorgente (attraverso l’analisi modale di campioni

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arenitici) ed infine un’analisi meso-strutturale delle deformazioni fragili che hanno interessato la successione del Bacino di Taşçilar. Il rilevamento geologico-strutturale alla scala 1:10.000, realizzato nel Luglio 2014, ha costituito la parte iniziale di questo lavoro che ha portato alla realizzazione di una carta geologica alla stessa scala. Durante il lavoro di terreno realizzato in collaborazione con Akin Ҫil, studente del M.E.T.U. (Middle East Technical University) di Ankara, è stato effettuato un campionamento areale per l’analisi micropaleontologica e petrografica dei depositi ed è stata effettuata l’analisi meso-strutturale. Sono state inoltre misurate in dettaglio delle sezioni stratigrafiche alle quali è stato associato un campionamento mirato per l’analisi del contenuto in nannoplancton calcareo e Ostracodi ed uno per l’analisi petrografica modale delle areniti. Lo studio effettuato sul campo ha permesso di suddividere il Bacino di Taşçilar in tre unità litostratigrafiche. La formazione basale (Formazione di Delibey) è costituita da depositi continentali mentre le altre due (Formazione di Taşçilar e Formazione di Hatip) sono caratterizzate da depositi marini di piattaforma influenzata da un sistema deltizio. I limiti fra le diverse formazioni sono interpretabili come discontinuità di tipo stratigrafico. In particolare il rilevamento geologico di dettaglio e l’analisi stratigrafica hanno messo in evidenza come la Formazione di Hatip giaccia in discordanza angolare al di sopra della Formazione di Taşçilar. Quest’ultima, grazie alla sezione stratigrafica di dettaglio misurata durante il lavoro di campagna, è stata a sua volta suddivisa in tre litofacies: pelitica, arenaceo-pelitica e ruditica. L’analisi biostratigrafica sulle associazioni a nannofossili calcarei ha permesso di datare le due formazioni marine, sedimentate in un intervallo di tempo estremamente ristretto, che ricade nella parte media dell’Ypresiano (Eocene inferiore), compreso tra la parte alta della zona CNE4 e la parte bassa della zona CNE5 (Agnini et al. 2014), corrispondente alla parte alta della zona NP12 e la NP13 (Martini, 1971) e alla parte alta della zona CNP10 e CNP11 di Okada & Bukry (1980). Lo studio micropaleontologico è stato integrato con l’analisi del contenuto in Ostracodi che hanno permesso di ipotizzare le paleo-batimetrie delle due formazioni analizzate (Formazione di Taşçilar e Formazione di Hatip). I risultati ottenuti hanno permesso di associare le due formazioni ad un ambiente di piattaforma prossimale (zona batimetrica “neritica esterna” secondo la suddivisione batimetrica di Wright, 1978). L’analisi petrografica modale sulle areniti di tutta la successione ha permesso di distinguere quattro diverse petrofacies. Utilizzando il diagramma NCE-CE-NCI+CI (Zuffa, 1980) è possibile distinguere una petrofacies “intrabacinale”, una petrofacies “ibrida”, una petrofacies “extrabacinale” ed una petrofacies “mista”. Sono riconoscibili due aree sorgenti extrabacinali (corrispondenti alle due unità tettoniche del substrato) e due aree sorgenti intrabacinali: una per la parte basale continentale ed una per la parte marina. L’analisi strutturale effettuata durante il rilevamento geologico-strutturale del Bacino di Taşçilar ha permesso di ricostruirne l’assetto tettonico e la geometria caratterizzata da un’ampia sinforme con un asse di direzione N70 debolmente inclinato verso SW controllata da un sistema di faglie orientate WSW-NNE. Sempre in questa direzione si sviluppa il depocentro del bacino sedimentario.

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L’analisi strutturale ha riguardato principalmente le deformazioni di tipo fragile che dominano il contesto geologico della zona di Tesi. Sono state distinte tre direzioni principali delle faglie, rispettivamente una circa N080/110, una circa N020/040 ed infine una circa N170/180. Si tratta quasi sempre di faglie ad alto angolo con cinematica, quando osservata, di tipo trascorrente, con direzioni compatibili alle direzioni principali associate alla Faglia Nord Anatolica. L’evoluzione strutturale del Bacino di Taşçilar sembra essere stata caratterizzata dalla presenza di due grossi “binari” di faglie trascorrenti subparallele, che hanno creato, a partire dall’Eocene inferiore, un depocentro fortemente subsidente dentro al quale si sono andati a sedimentare, inizialmente, dei depositi continentali e, successivamente, dei depositi marini di piattaforma influenzati da sistemi deltizi. Questi dati suggeriscono quindi come già a partire dall’Eocene inferiore la zona fosse interessata da una tettonica di tipo fragile che presentava le stesse caratteristiche e direzioni principali della Faglia Nord Anatolica.

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ABSTRACT The North Anatolian Fault (NAF) (Şengor, 1979 and reference therein) is an important strike-slip faults system, developed onto an old and complex suture zone located between Arabian and Eurasian plates. The NAF can be regarded as one of the greatest active faults systems all around the world, enough to be considered as a really continental transform by several authors (Taymaz et al. 1991). Scientists’ debate about the main features of this faults system is very lively, even about its geometric features and evolution history. The complex geometry of the NAF system produces flower structures and pull-apart sedimentary basins (see Barka et al. 2000). These basins are extremely important to constrain the evolution of North Anatolian Fault’s evolution. According to the age of the deposits of the pull-apart basins, several Authors proposed that the North Anatolian Fault was active since lower Miocene (~11 Ma) (Şengor et al. 2005). However, other authors have shown that this fault system was already active since late Oligocene or even from PaleoceneEocene boundary (~ 57 Ma) (Uysal et al. 2006). The main aim of this Thesis is the tectono-stratigraphic analysis of an E-W small basin (Taşçilar Basin), located North of the Plio-Pleistocene Tosya Basin, in the area around the Taşçilar village (Tosya District, Kastamonu Province). The official turkish geological map (1:500.000 Geological Map of Turkey, Sheet Sinop: Uguz et al. 2002) indicate, inside the Taşçilar Basin, the presence of an Eo-Miocene sedimentary sequence. So, the geology of this area could be able to provide information about pre-Miocene evolution of the North Anatolian Fault system. The investigated area (about 25 km2) is included in the Intra-Pontide Suture Zone (IPSZ) a composite terrane composed of a tectonic stack of oceanic and continental tectonic units located between Sakarya Terrane, to the South and the Istanbul-Zonguldak Terrane, to North (Yilmaz, 1990). In the mapped area outcrops two tectonic units belonging to IPSZ that represent the substrate of Taşçilar Basin: the Devrekani Unit and the Arkot Dağ Unit, respectively a medium to high grade metamorphic unit with a Jurassic metamorphism (Göncüoğlu et al. 2015) and a unit characterized by the presence of a typical “block-in-matrix” sedimentary mélange of Santonian age (Göncüoğlu et al. 2014). The Taşçilar Basin has been studied using a multidisciplinary approach: detailed geological survey performed at 1:10.000 scale, stratigraphic analysis on basin succession (by measurement and analysis on detailed stratigraphic sections), micropaleontological study of the stratigraphic succession (by the analysis of the calcareous nannoplancton and Ostracods content, realized during the training develop in the IGG-CNR of Pisa), provenance analysis of the sedimentary succession (by modal analysis on arenites) and meso-structural analysis on brittle deformation that affect the succession of Taşçilar Basin. The geological-structural survey at 1:10.000 scale, realized in July 2014, has been the first step of this job that led to the production of geological map at the same scale. During field work, realized in collaboration with Akin Ҫil student of M.E.T.U. (Middle East Technical University) of Ankara, an areal sampling for micropaleontological and petrographic analysis was carried out,

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at the same time the meso-structural analysis was performed. Moreover, stratigraphic detailed sections was measured and sampled in detail for paleontology and provenance analysis. The geological survey allowed to divide the Taşçilar Basin succession in three litostratigraphic units. The lowermost Delibey Formation consists of continental deposits, whereas the other two (Taşçilar Formation and Hatip Formation) are characterized by marine shelf deposits influenced by a deltaic system. The relationships between the three different formations are interpreted as stratigraphic-type discontinuity. The geological detailed survey and stratigraphic analysis, in fact, have shown that the Hatip Formation unconformably cover the Taşçilar Formation. The Taşçilar Formation has been divided into three lithofacies (according to the measured stratigraphic sections): pelitic, arenaceous-pelitic and ruditic lithofacies. Biostratigraphic analysis of calcareous nannofossils allowed the dating of the two marine formations in an extremely narrow time span located in the middle part of Ypresian (early Eocene), comprised between the upper part of CNE4 zone and the lower part of CNE5 zone (Agnini et al. 2014). These zones correspond to NP12 and NP13 zones of Martini (1971) and to CNP10 and CNP11 zones of Okada & Bukry (1980). The micropaleontological study has been integrated with the analysis of Ostracods which indicate a inner platform environment (“outer neritic” bathymetric zonation from Wright, 1978) for the two marine formations. The petrographic modal analysis on arenites of the whole succession allowed to discriminate four different petrofacies. Using diagram proposed by Zuffa (1980) it is possible to recognize an “intrabasinal”, an “hybrid”, an “extrabasinal” and a “mixed” petrofacies. Therefore, two different source extrabasinal areas (corresponding to tectonic units of substrate) and two intrabasinal source areas can be recognized. The structural analysis, performed during geological survey on Taşçilar Basin allowed to reconstruct its geometry, characterized by a wide synform (axis N70, weakly inclined to SW) controlled by faults system oriented WSW-NNE. The depocenter of this sedimentary basin develops in the same direction. Three main fault directions have been recognized, respectively N80/110, N20/40 and N170/180. The faults are generally high-angle faults with cinematic, when observed, that indicate strike-slip faults with directions compatible with the North Anatolian Fault directions. The Taşçilar Basin structural evolution seems to be characterized by the presence of two great “lanes” of parallel strike-slip faults acting since lower Eocene. These data suggest therefore that since the early Eocene the area was affected by a brittle tectonic showing the same characteristics and main directions of the North Anatolian Fault system.

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