Rend. Fis. Acc. Lincei s. 9, v. 4:107-125 (1993)

G e o l o g i a . -- Evoluzione geologico-strutturale di una valle perpendicolare all'orogene:

l'esempio della depressione Chota-Mira, Ecuador. N o t a di ALESSANDRO TmAt.r)I e MAURO

C o L ~ r L g presen ta ta (*) dal Socio A. Desio .

ABSTRACT. -- Geological and structural evolution of a orogen perpendicular valley: the example of Chota-Mira Depression, Ecuador. Stratigraphic and structural surveys were carried out along the ESE Chota-Mira Valley which perpendicularly crosses the Northern part of the Ecuadorian Andes. This lineament represents the most important antiandean structure. Metamorphic rocks underwent several phases of deformations including a ESE shortening of Paleogene age. In the studied area, this phase was also characterized by differential shortening along a ESE tear fault coinciding with the Chota-Mira Valley. An unconformity separates the Miocene continental sediments of the Chota Group and the associated 6.3 Ma old lava flows which were involved in a compressional deformation with a ESE axis of shortening of Pliocene age. pliocene lava and lacustrin sediments, lying unconformably above, are widespread in the valley and were deformed following a left-lateral transpressional phase with a N-S greatest principal stress of late Pleistocene age. Another unconformity separates conglomerate, landslide and pyroclastic deposits which underwent transtensional left-lateral deforma- tions with an E-W least principal stress of latest Pleistocene-Holocene age. Finally, undeformed alluvial, landslide, and pyrodastic deposits of Holocene age cover the other units. Both the deposits, those deformed by transtension and those undeformed, thicken in the Chota-Mira Valley. All the collected data suggest that the morphology of the anti-Andean Chota-Mira Valley developed during the Neogene following the line of weakness of a Paleogene fault. The river erosion rate along the valley has been higher than the compressional uplift until the Holocene. These results do not fit with the models of the preceding authors which claim Quaternary motions along the Chota-Mira Fault. On the contrary, these active motions were discovered on NNE faults paralleling the Andean Chain.

I~v WORDS: Stratigraphy; Tectonics; Ecuador.

R ~ S S U N T O . - - Un rilevamento geologico-stratigrafico e strutturale di un settore delle Ande Ecuadoriane settentrionali ha permesso di ricostruire l'evoluzione del lineamento della Valle Chota-Mira, rappresentante la pifi importante direttrice anomala orientatata perpendicolarmente alia catena Andina. II basamento metamorfi- co della zona studiata ha subito nel Paleogene un raccorciamento di direzione ESE-ONO caratterizzato da una fascia maggiormente deformata lungo la valle. Dopo la deposizione di unit~ continentali sedimentarie e vulcaniche nel Miocene, si ~ avuta una ripresa del raccorciamento ESE nel Pliocene. Tali strutture non presentano variazioni delle geometrie in prossimit~i della valle. Dalla fine del pliocene all'Olocene, la deposizinne ~ proseguita con sedimenti lacustri, flussi lavici e piroclastiti, mentre l'attivit~i tettonica si estrinsecata attraverso deformazioni dapprima transpressive e poi transtensive lungo direttrici andine. La persistenza della depressione valliva ~ testimoniata dall'ispessimento locale delle unitfi deposizionali e viene qui attribuita aLl'attivitfi erosiva fluviale. I1 flume si sarebbe impostato lungo la faglia paleogenica ESE ed avrebbe mantenuto tale direzione grazie ad un tasso di erosione maggiore rispetto alia velocitfi di soUevamento delle strutture tettoniche. Questi risultati pongono una nuova luce sui supposti movimenti tettonici quaternari della faglia Chota-Mira.

1. I N T R O D U Z I O N E

La ca tena andina ~ un sistema m o n t u o s o che si sviluppa para l le lamente al margine

pacifico de l con t inen te sud-americano. In E c u a d o r le A n d e sono fo rmate da due ca tene

(*) Nella seduta dell 'll novembre 1992.

108 A . T I B A L D I - M . C O L T E L L I

parallele dirette NNE denominate Cordillera Occidental e Cordillera Real, separate da una stretta depressione conosciuta come Valle Interandino (fig. 1). L'affinamento delle conoscenze geologiche sulle Ande Ecuadoriane ha portato, negli ultimi anni, ad evidenziare alcune importanti strutture tettoniche trasversali all'allungamento della catena, soprattutto con lo studio delle immagini da satellite (Hall e Wood, 1985). Queste strutture trasversali sono state interpretate come evidenze superficiali di principali discontinuita crostali o piO profonde. In quest'ultimo caso esse sarebbero da mettere in relazione a cambiamenti nella geometria del sistema di subduzione, riscontrati anche neUa distribuzione e nelle caratteristiche geochimiche del vulcanismo plio-quaternario (Barbed et al., 1988). Alcune di queste strutture regionali, gi~ note nella letteratura geologica (Campbell, 1974; Baldock, 1982), presentano chiare evidenze sia litologiche che morfologiche di orientamento anti-andino (WNW-ESE); altre sono di pi~ difiqcile interpretazione dato che esistono solo allineamenti strutturali locali difficilmente estrapo- labili a pi~ grande scala. In tutti i casi mancano dad di geologia strutturale di terreno che permettono di definite univocamente l'orientamento delle strutture e di stabilire le relazioni con le fasi tettoniche che le hanno generate.

La valle del flume Chota-Mira (fig. 1) rappresenta uno dei pifa importanti esempi di queste strutture ad orientazione perpendicolare all'orogene. I1 flume Chota scava attualmente una profonda depressione ampia circa 1 km che attraversa la maggior parte

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Fig. 1. - Mappa fisiografica dell'Ecuador. Nel riquadro l'area studiata.

EVOLUZIONE GEOLOGICO-STRUTFURALE DI UNA VALLE ... 109

della Cordillera Real, mettendo in luce meravigliosamente la sequenza stratigrafica, fmo all'intersezione con il flume Mira, dopo di che entra nella Cordillera Occidental scavandosi un profondo e stretto canyon fino alla pianura costiera dell'Ecuador. Sia all'interno della vaUe Chota-Mira che all'esterno affiora una complessa sequenza di sedirnenfi continentali caratterizzati da spessori differenti ed interessati da varie fasi deformative. Inoltre il ritrovamento dei prodotti pifi antichi del vulcanismo recente ecuadoriano (Barberi et al., 1988) nella stessa area, rendono di particolare interesse lo studio di questa struttura per una migliore comprensione dell'evoluzione recente della catena andina in Ecuador e del vulcanismo ad essa associato.

Nei presente lavoro vengono descritte le osservazioni stratigrafiche e strutturali originali condotte dagli autori lungo le zone logisticamente accessibili della valle Chota- Mira. Attraverso l'analisi della successione stratigrafica che si estende dal Paleozoico all'Olocene, si giunge a datare i movimenti principali di una faglia su cui insiste la suddetta valle ed a ricostruirne l'evoluzione, risultati che pongono una nuova luce su quanto postulato dagli autori precedenti.

2. S T A T O D E L L E C O N O S C E N Z E

La cordigliera andina in Ecuador si ~ formata-in seguito ai vari imputsi orogenici succedutisi dal Paleozoico (Zeil, 1979) al Quaternario (Faucher e Savoyat, 1973; Campbell, 1974; Kennerley, 1980; Tibaldi, 1990). La Cordillera Occidental (fig. 1) costituita in larga parte da rocce vulcaniche basiche ed intermedie eruttate in ambiente sottomarino (formazione Macuchi) e coperte da discontinui ma potenti depositi torbiditici (formazione Yungui]la). L'intera sequenza ~ stata interpretata come prodotta da un arco vulcanico formatosi lungo il margine del continente sudamericano tra il Cretaceo Superiore e l'Eocene (Henderson, 1979). Le due formazioni si trovano intensamente piegate in modo simile con spaziature tra gli assi dell'ordine di qualche chilometro; ci6 ha portato Henderson (1979) ad ipotizzare una rapida fase orogenica avvenuta alia fine dell'Eocene o successivamente, che ha accresciuto l'arco vutcardco al continente durante un importante episodio di subduzione.

La Cordillera Real ~ una catena metamorfica continua dalia Colombia a| PerO composta da varie unit~ distinte sia per il grado metamorfico che per l'et~t. Essa rappresenta un'unit~ autoctona coincidente con il paleomargine sud-americano. I] nucleo pit~ antico affiora a nord, al confine con la Colombia, ed ~ formato da migmatiti, ortogneiss e quarzo-anfiboliti (Gruppo Cofanes) probabilmente di et~ precambrica (Baldock, 1982). Nel resto della catena sono predominanti le rocce di pifi basso grado, in facies di scisti verdi, stratigraficamente sovrastanti le precedenti ed attribuite al Paleozoico (Baldock, 1982; Feininger, 1982). La Cordillera Real ~ stata sottoposta alle varie fasi deformative che dal Cretaceo hanno edificato la cordigliera andina, e si presenta intensamente deformata e sovrascorsa sopra i sedimenti mesozoici che affiorano nella regione subandina.

La stretta depressione tettonica conosciuta come Valle Interandino separa le due catene; essa 6 stata riempita da potenti depositi lacustri e vulcano-clastici, di etfi plio-

110 A. T I B A L D I - M . C O L T E L L I

quaternaria, per l'intero sviluppo della struttura. Solo nella sua porzione settentrionale, in corrispondenza del bacino del flume Chota, e nella sua parte meridionale si rinvengono depositi molassici del Miocene superiore (Bristow e Hoffstetter, 1977). L'intera struttura

stata interpretata originariamente come un graben impostatosi nella zona di sutura tra le due cordigliere (Baldock, 1982, 1985). Recenti studi meso- e micro-strutturali hanno permesso di definire la natura piu articolata di questa depressione. Essa e limitata ad ovest da una serie di faglie normali con immersione ad oriente e rotazione dei blocchi nel verso opposto, mentre sul bordo orientale la Cordillera Real immerge verso occidente, conferendo un assetto a semigraben all'intera struttura (Tibaldi e Coltelli, 1989) interpretata come un bacino di tipo <(piggy back>~ transtensivo sinistro (Tibaldi, 1990; Tibaldi e Ferrari, 1992a).

Nella valle del Chota affiorano una serie di formazioni depositatesi in un paleobacino intramontano, probabilmente pifi esteso, ma visibile solo in questa zona per la mancanza della copertura vulcano-clastica recente. Nella carta geologica sono rappresentati terreni deformati di et~ miocenica (Gruppo Chota) che poggiano in discordanza sul basamento della Cordillera Real (Paleozoico) e sono a loro volta coperti da una sequenza vulcano- clastica plio-quaternaria e dai terrazzi fluviali olocenici del rio Chota (Bristow e Hoffstetter, 1977; DGGM, 1980). Villalba (1981), in un lavoro di dettaglio sulla geologia dei sedimenti del Quaternario nella valle, riconosce una serie di unit~ depositatesi dopo il piegamento dei terreni miocenici, in un bacino sedimentario che presentava 1o stesso orientamento di quello idrografico attuale, in risposta alle variazioni di altezza a cui era soggetta la catena ed anche al rapido accumulo di materiali vulcanici poco consolidati, eruttati alia periferia del bacino (vulcanismo pliocenico della regione di Ibarra e vulcanismo quaternario dell'area di Mira e di El Angel).

3. Sve, a=cam,xtA D E L L E U N I T A S T R U ' I ' F U R A L I

3.1. Criteri di suddivisione

Le unit~ strutturali distinte nel corso del rilievo geologico (fig. 2) sono costituite da formazioni che hanno, in comune, registrato gli stessi eventi deformativi succedutisi in questo settore della catena andina a partire dalla fase orogenica paleogenica. Le formazioni sono quindi riunite in unit~ principali separate da discontinuit~ angolari (fig. 3). A partire dalle rocce del basamento che costituiscono l'ossatura delle due cordig|iere, sono state distinte in campagna, sulla base dei caratteri di deformazione precedentemente citati, cinque unit~ geologico-strutturali che corrispondono ai diversi periodi di deformazione che hanno interessato la Valle Chota-Mira.

L'unit~ inferiore ~ rappresentata dal basamento metamorfico della Cordillera Real e dalla Formazione Macuchi che costituisce il nucleo della Cordillera Occidental. La seconda unit~ strutturale ~ costituita dai potenti sedimenti continentali del Gruppo Chota e da una limitata sequenza lavica datata a 6.3 Ma (Barberi et al., 1988). La potente sequenza lavica pliocenica affiorante verso Ibarra e una spessa, ma circoscritta, sequenza lacustre affiorante verso Mira formano la terza unit~ strutturale. Una spessa sequenza di

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O - S T R U T I R A R A L E DI U N A VALLE .. . 111

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Fig. 2. - Mappa geologico-strutturale dell'area rilevata dagli autori originariamente in scala 1:50.000. Per l'ubicazione vedasi la fig. I. i) Alluvioni attuali; 2) brecce di versante e depositi di frana del Pleistocene sup.- Olocene; 3) unita deli'Olocene (localmeme tettonizzate): a. piroclastiti, b. alluvionale; 4) urfidt del Pleistocene medio-sup. (con deformazinni distensive): a. piroclastiti, b. ailuvioni; 5) unit~ del Pliocene sup.-Pleistocene inf. (con deformazioni transpressive): a. vulcaniti, b. lacustre; 6) unitfi del Miocene sup. (con deformazioni compressive): a. vulcaniti, b. alluvioni; 7) basamento metamorfico paleozoico della Cordillera Real; 8) lave a (<pillow,, e filladi paleogeniche della Cordillera Occidental; traccia della cerniera di pieghe con indicazione dell'immersione deU'asse (freccia): 9) anticlinali, 10) sinclinali, 11) rovesciate; faglie: 12) sovrascorrimenti ed inverse, 13) trascorrenti, 14) inverse oblique, 15) norma~, 16) cinematica non rlievabile; giaciture: 17) 0-100 e 11-45 ~ 18) 46-80 ~ e 81-90 ~ 19) strati rovesci e scistosita; 20) frane oloceniche; 21) prosecuzione ipotizzata del

sovrascorrimento principale. A-A' traccia delia sezione rappresentata in fig. 4.

conglomera t i ed un limitato aff ioramento di piroclastiti r appresen tano la quar ta unit~

strutturale. La qu in ta ed ul t ima uniffi s t rut turale ~ formata da conglomerat i e piroclastiti

n o n dis turbat i te t tonicamente . G r a n parte delle unitfi strutturali , inoltre, sono r icoperte

da brecce di versante provenient i daUa spalla se t tent r ionale della valle del Chota, men t re

il fondovaNe ~ colmato dai sediment i alluvionali terrazzati del f lume Chota.

112 A. T I B A L D I - M. C O L T E L L I

3.2. Descrizione delle unita strutturali

3.2.1. Basamento della Cordillera Real e della Cordillera Occidental. NeUa porzione orientale dell 'area studiata (fig. 2) affiora il basamento metamorfico della Cordillera Real che in questa zona prende il nome di Formazione Ambuqui. Essa h costituita da fiUadi grafitiche e quarziti intercalate in livelli decimetrici. Localmente si incontrano metabasiti rappresentate da scisti ad albite e clorite con epidoto, ed ancora pi6 limitati livelli di marmi e vene di quarzo. I1 grado metamorf ico della formazione h basso e si mant iene nella facies degli scisti verdi (Baldock, 1982). Le rocce della Formazione Ambuqui sono intruse da un piccolo corpo granodioritico, il batolite di Apuela-N.anegal, che presenta delle apofisi basiche dioritiche (fig. 3). L 'e ta della formazione viene attribuita al Paleozoico in analogia con altre formazioni deUo stesso grado metamorfico che affiorano pih a Sud lungo l ' intera Cordillera Real (Feininger, 1982).

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Fig. 3. - Colonne stratigrafiche riferentesi alia parte nord-occidentale (esterna alla Valle Chota-Mira, colonna di sinistra) e sud-orientale (all'interno della valle, colonna di destra) dell'area studiata. B brecce, cg conglomerad e arenarie, F filladi, FA Formazione Ambuqui, GC Gruppo Chota, I Iacustre di Infernillo, 1 lave plioceniche di Ibarra, M sequenza lacustre di Mira, LP lave a pillow della Formazione Macuchi, p piroclastiti, QS complesso

delle brecce di Quebrada Secca; il simbolo sinuoso indica una discordanza angolare.

Nella parte occidentale del bacino del Chota affiora il basamento della Cordillera Occidental rappresentato dalla Formazione Macuchi (figg. 2, 3). Essa 6 costituita da vulcaniti basiche eruttate in ambiente marino che hanno subito, insieme alia loro originaria copertura sedimentaria, un metamorf ismo di grado molto basso. Le rocce ignee sono prevalentemente formate da livelli di <<pillow lava>> ed un complesso di dicchi

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O = S T R U ' I q ' U R A L E D I U N A V A L L E . . . 113

basaltici. Intercalati, in modo caotico, alle rocce ignee troviamo spessi pacchi di metapelki costituite da filladi grigie e verdi con foliazione non molto pronunciata, ad esclusione dei nuclei di alcune pieghe. L'et~t della formazione viene posta tra la fine del Cretaceo e l'Eocene (Henderson, 1979).

3.2.2. Gruppo Chota e lave di 6.3 Ma. 11 Gruppo Chota h costituito da sedimenti continentali depositatisi in un ampio bacino intramontano formatosi all'intersezione trail Valle Interandino e l'area dell'attuale corso del flume Chota (figg. 2, 3). Questi sedimenti sono suddivisibili in due formazioni: la Formazione Tumbat~t ad oriente e la Formazione Chota ad occidente (Bristow e Hoffstetter, 1977). La Formazione Tumbatth poggia in discordanza sulle rocce metamorfiche della Cordillera Real. Essa h costituita da conglomerati con clasti metamorfici e vulcanici; questi ultimi sono pith abbondanti al tetto del deposito. Ai livelli conglomeratici si alternano livelli di arenarie e localmente sottili colate di lave andesitiche. La formazione presenta uno spessore di almeno 50 m. La Formazione Chota 6 principalmente costituita da arenarie multicolori, essenzialmente quarzose ad oriente, intercalate a livelli conglomeratici meno abbondanti che nella Formazione Tumbath e costituiti principalmente da clasti vulcanici. Alcuni dicchi di composizione andesitica e dacitica intrudono le due formazioni. Lo spessore totale dei depositi supera i 500 m; questo dato ed i caratteri litologici confermano che essa rappresenta la parte profonda del bacino, ad est del quale la sedimentazione era pi6 grossolana (conglomeratica) e risentiva fortemente delrapporto dei materiali metamorfici provenienti dalla Cordillera Real.

L'eta del Gruppo Chota viene attribuita al Miocene Superiore per analogia con altre formazioni continentali che si ritrovano lungo la catena andina in Ecuador: Formazione Arajuno, al centro, e Formazione Mangan, al sud nella conca di Quenca. Un campione proveniente da una lava intercalata in quest'ultima formazione ha dato un'et/i di 8 Ma (Barberi et al., 1988). I rapporti giaciturali con la limitata sequenza di lave andesitiche che affiora all'estremo occidentale della Formazione Chota (fig. 2) e che ~ stata datata a 6.3 e 6.31 Ma da Barberi et al. (1988) fanno supporre un'et~i pith giovane per il Gruppo Chota rispetto alia Formazione Mangan. Questa eta pu6 essere posta nel Miocene superiore, ma molto vicina al limite con il Pliocene.

3.2.3. Lave plioceniche di Ibarra e sequenza lacustre di Mira. Nella parte meridionale dell'area studiata (fig. 2) affiora una spessa sequenza vulcanica di et~l pliocenica, che si ritrova lungo tutte le Ande Ecuadoriane centro-settentrionali a formare il basamento dei grandi stratovulcani quaternari. Nella regione di Ibarra questa sequenza, detta ~comples- so vulcanico basale~ da Barberi et al. (1988), ~ costituita essenzialmente da lave di composizione andesitica e talvolta dacitica, intercalate a livelli sedimentari vulcano- clastici, e presenta uno spessore di diverse centinaia di metri che pu6 arrivare localmente anche ad I km. La carta geologica di l'barra (DGGM, 1980) riporta questa sequenza con il nome di vulcanico di Angochagua e di Purnamaqui. I1 primo viene cartografato su di un'area nettamente superiore all'affioramento da noi riconosciuto (fig. 2) delle vulcaniti plioceniche ed h stato datato a 3.46 Ma (OLADE, 1980), a NE di Ibarra. 11 secondo

114 A . T I I 3 A L D I - M . C O L T E L L I

caratterizzato da lave fortemente porfiriche a plagioclasio, leggermente pi6 evolute delle precedenti, ed ~ interessato localmente da un intenso clivaggio tettonico. Esso ~ stato datato, nell'area da noi studiata, a 3.65 Ma da Barberi et al. (1988) (fig. 3).

A nord dell'abitato del Chota suUa strada che conduce a Mira (fig. 2), affiora una spessa sequenza fluvio-lacustre chiamata da Villalba ( 1981) ~Sedimenti di Mascarillas~). I depositi fini sabbioso-limosi di colore bianco, chiaramente di origine lacustre, chela caratterizzano, formano strati centimetrici intercalati a livelli di conglomerati, con ciottoli decimetrici interamente di natura vulcanica, e di arenarie, anche con stratificazione incrociata, che si trovano spesso fortemente laminati (fig. 3). Questa alternanza di sedimentazione in condizioni di acque mosse e di acque ferme suggerisce la presenza di un piccolo bacino intramontano fortemente disturbato da apporti detritici vulcanici. L'estensione del deposito non 6 nora a causa dei contatti in parte tettonici ed in parte ricoperti da brecce di versante; lo spessore totale supera di poco i 100 m. Villalba (1981) attribuisce al deposito un'etfi pleistocenica in base al ritrovamento di una mandibola di un mammifero erbivoro di quell'epoca.

3.2.4. Conglomerati basculati epiroclastiti. Nel settore centro-orientale della vaUe del Chota affiora, in discordanza sui sedimenti piegati del Gruppo Chota, una spessa sequenza di conglomerati grossolani di colore rossiccio, con abbondanti clasti angolosi, che formano dei piastroni visibilmente basculati verso WNW (figg. 2, 3). Questa sequenza ~ stata denominata da Vilialba (1981) ,~Complesso delle brecce di Quebrada Secant, ma l'autore erroneamente inserisce in questa unitfi anche un'altra sequenza conglomeratica non basculata appartenente ad un successivo episodio deposizionale. La sequenza ~ formata da uno spesso pacco di livelli conglomeratici poligenici a classazione media e talvolta scarsa. I clasti sono spigolosi a170% e variano da alcuni millimetri ad un metro; sono formati principalmente da rocce metamorfiche. Le xnalcaniti divengono abbondanti al tetto della sequenza e sono rappresentate da lave andesitiche ed in misura minore dacitiche e riolitiche, inoltre sono presenti grossi blocchi rotondeggianti di cineriti acide ben cementate. La matrice del conglomerato ~ sabbiosa di colore rossiccio, poco cementata e varia dal 10 al 50% dei singoli livelli.

A1 di sopra dei conglomerati, che presentano al massimo 50 m di spessore, giacciono in concordanza angolare una serie di livelli lacustri caratterizzati da alternanze di argille pi6 o meno sabbiose, spesse poche decine di metri (figg. 2, 3). Questi livelli potrebbero essersi deposti in un piccolo bacino intervallivo che Villalba (1981) chiama paleolago Infernillo, i cui sedimenti si ritrovano discontinuamente, perch~ molto erosi, ad oriente dell'abitato del Chota.

Nella piana di Salinas, in vicinanza dell'abitato di Urcuqui (fig. 2), affiora su di un alto morfologico una spessa sequenza di piroclastiti acide formate da alcuni livelli di pomici di ricaduta intercalati da banchi di ceneri, in parte rimaneggiati. Nella parte bassa dell'affioramento troviamo tra le piroclastiti due livelli di travertino, il pih basso dei quali presenta uno spessore di alcuni metri. Questa sequenza si presenta dislocata da una serie di piccole faglie normali con rigetto verso Nord, la quale potrebbe rappresentare la base della ben pi6 diffusa sequenza di piroclastiti che ammanta gran parte della regione studiata, ma che negli altri affioramenti non presenta disturbi tettonici.

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O - S T R U T r U R A L E D I U N A V A L L E . . . 115

3.2.5. Piroclastiti e conglomerati indeformati. Ampiamente dfffusa in tutta la parte occidentale della vallata del Chota (fig. 2) ~ una sequenza conglomeratica non basculata che rappresenta l'ultimo importante episodio deposizionale del Quaternario prima dei depositi alluvionali collegati all'attuale fete idrografica. Questa uniter ~ stata in parte cartografata da Villaba (1981) sotto il home di ~Brecce E1Arenab), in parte ricade nel gi~ citato Complesso delle brecce di Quebrada Seca, o Quebrada de Ambuqui, e forma una serie di piastroni isolati che si trovano ai lati della quebrada, ed in parte affiora ad oriente di AmbuquJ neUa parte pi~ alta della vaUe del Chota non studiata dal Vlllalba (fig. 3).

La sequenza ~ formata da conglomerati poligenici, spesso angolosi, di natura sia metamorfica che vulcanica, immersi in una matrice sabbiosa fine di colore grigio, che permette di distinguerli facilmente dai conglomerati basculati che presentano un generale colore rossiccio. I1 deposito, spesso alcune decine di metri, affiora sempre in discordanza sui sedimenti piegati del gruppo Chota, ed ~ coperto da un manto di ceneri vulcaniche.

Un potente pacco di ceneri vulcaniche, solitamente ben stratificate, copre gran parte dell'area studiata poggiando direttamente su tutte le unit~ finora descritte. Le cineriti sono spesso rimaneggiate in ambiente eolico e da ruscellamento e contengono livelli piroclastici di ricaduta costituiti da pomici acide. Le pomici sono di composizione dacitica con fenocristalli di plagioclasio, orneblenda e due pirosseni (augite ed iperstene), e provengono principalmente dall'attivit~ esplosiva degli strato,adcani quaternari posti sulla Cordillera Occidental e nel Valle Interandino. Altri fivelli di pomici hanno composizione riodacitica e riolitica con fenocristalli di plagioclasio, orneblenda e biotite, talvolta con iperstene, e sono state eruttate dai centri vulcanici fortemente acidi posti sulla Cordillera Real. Tra i livelli cineritici rimaneggiati uno, e talvolta due, sono particolarmente potenti (10-15 m) e nel Valle Interandino dell'Ecuador prendono il home di Formazione Cangahua. Essi rappresentano un deposito eolico continentale tipo ~doess~) formatosi probabilmente durante gli ultimi due periodi glaciali. Questi livelli non sono un buon marker stratigrafico in quanto la loro deposizione abbraccia un ampio periodo del Pleistocene fino agli inizi dell'Olocene (da 100.000 a 10.000 anni), inoltre nell'area studiata non mostrano una buona continuit~ geometrica. Lo spessore dell'intero deposito

mediamente di 20 m, ma localmente, a causa dell'ispessimento dei liveUi rimaneggiati, specie eolici, pu6 superare abbondantemente i 50 m (fig. 3).

3.2.6. Brecce di versante e depositi alluvionali recenti del Chota. Un vasto deposito di versante copre il fianco orografico destro della valle del Chota (fig. 2); esso ~ costituito principalmente da brecce di origine vulcanica con abbondante matrice sabbioso cinerica grigia, che fa assumere al deposito un aspetto omogeneo. I clasti sono quasi sempre di lave andesitiche, localmente monolitologiche, talvolta con matrice consolidata che, quando si altera, assume un colore marroncino. Complessivamente il deposito fa pensare ad una copertura non troppo spessa, ma comunque variabile, del fianco nord della valle attraverso un continuo franamento dei materiali vulcanici costituiti dalle lave e piroclastiti affioranti pifi a nord. Sono ancora distinguibili alcuni corpi di frana e nicchie di distacco. Villalba (1981) chiama il deposito ~Brecce Vulcaniche E1 Colorado~> e verso oriente distingue le Brecce di Pambalorna sulla base della presenza di scarsi clasti metamorfici.

116 A. T I B A L D I - M . C O L T E L L I

La deposizione di queste brecce caotiche di versante e iniziata dopo la deposizione della terza unit/~ strutturale e si conclude all'inizio della deposizione dell'unit/~ strutturale 5, abbracciando gran parte del Pleistocene (fig. 3).

I sedimenti alluvionali del Chota chiudono la sequenza sedimentaria nell'area studiata (fig. 3); essi sono formati dai terrazzi fluviali rilevati pi{1 antichi e da quelli legati agli alvei fluviali attuali. I terrazzi pi{1 sviluppad e probabilmente piix antichi si ritrovano ad ovest dell'abitato del Chota, dove costituiscono un grande pianoro alluvionale ampio oltre 2 km e sollevato oltre 40 m sull'alveo del Chota. Esso ~ formato da conglomerati poligenici poco cementati, livelli di sabbie e di argille depositati in ambiente di acqua ferma, lacustre o pantanosa, formatosi lungo il corso del flume probabilmente per ostruzione del suo alveo. Altri spessi terrazzi, ma meno prominenti dei primi, si ritrovano lungo il corso del Chota e discontinuamente ai margini della quebrada di Ambuqui. Essi sono formati principalmente da ciottoli e livelli sabbiosi con intercalati alcuni livelli di pomici di ricaduta.

4. A N A L I S I S T R U T r U R A L E

4.1. Deformazioni compressive

4.1.1. Basamento della Cordillera Real e della Cordillera Occidental. I1 basamento metamorfico della Cordillera Real ed i depositi della Formazione Macuchi hanno subito una deformazione polifasica contraddistinta da vistose strutture duttili e fragili. Le pieghe presentano generalmente lunghezza d'onda dell'ordine dei cm-m e vergenza verso ESE. Gli assi sono per lo pifi orientati NNE-SSO e variamente inclinati. La classificazione basata sull'angolo dei fianchi della piega varia da chiusa a isoclinale con passaggio da pieghe ellittiche a pieghe chevron. Sono inoltre presenti strutture quali <~kink band~) e <<joint drag~ (nel senso di Ramsay e Huber, 1987). Molte pieghe presentano fenomeni di ripiegamento e non mancano strutture con vergenza opposta per retroscorrimento. Sono inoltre presenti dicchi e vene piegati nonch~ numerosissime faglie inverse con direzione media NNE. La scistosit/l ~ molto sviluppata con orientazione predominante NNE. 1~ importante osservare che avvicinandosi alla Valle Chota-Mira l'entit~ di deformazione aumenta ed ~ accompagnata da un'elevata caocitfi nella distribuzione delle orientazioni deHe strutture suddette. La suddetta valle coincide quindi con una zona di intensa deformazione del basamento metamorfico, il quale non affiora alia stessa quota ai due lati della valle.

4.1.2. Gruppo Chota e lave di 6.3 Ma. L'unit/i strutturale corrispondente ai depositi continentali del Gruppo Chota ed alle colate laviche datate 6.3 Ma ~ separata dalle unitfi del basamento da una discordanza angolare (figg. 3, 4). Anche i depositi del Gruppo Chota sono contraddistinti da pieghe con vergenza verso ESE. In questo caso per(3 la lunghezza d'onda e maggiore essendo compresa tra 50 e 500 m. Le pieghe sono per lo pi~x cilindriche con piani assiali immergenti a ONO ed inclinazione da 0 a 70 ~ L'angolo tra i fianchi ~ da aperto a moderatamente chiuso. Gli assi sono orientati NNE-SSO con inclinazione da orizzontale a sub-orizzontale (fig. 5). La traccia della cerniera pub essere

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O - S T R U T F U R A L E D I U N A V A L L E ... 117

Fig. 4. - Sezione geologico-strutturale perpendicolare alle strutture principali della VaUe Chota-Mira. Per la traccia della sezione vedasi la fig. 2. 1) Alluvioni attuali, 2) alluvionale dell'Olocene, 3) piroclastiti oloceniche, 4) alluvionale del Pleistocene medio-sup., 5) alluvionale del Miocene sup. (Gruppo Chota), 6) basamento metamorflco della Cordillera Real (Formazione Ambuqui, Paleozoico), 7) fag, lie con indicato il senso di movimento, 8) discordanze stratigrafiche. Gli stereogrammi indicano la direzione dello sforzo principale minimo ~3 (frecce divergenti) e dello sforzo principale massimo ~rl (frecce convergenti) desunte da faglie misurate lungo la sezione o in prossimit~l, la deformazione 6 espressa similmente alle soluzioni dei meccanismi focali, proiezione di Schmidt, emisfero inferiore, 1 fase paleogenica, 2 fase piiocenica, 3 fase del Pleistocene

sup., 4 fase della fine Pleistocene-Olocene.

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C~--~ . ~BSE3 . 4

Fig. 5. - Proiezione sullo stereogramrna di Schmidt, emisfero inferiore, delle cerniere delle pieghe ri]evate nel Gruppo Chota.

seguita o r i zzon ta lmen te pe r diversi chi lometr i , osse rvando una continuitfi de l le s t rut ture

tra un fianco della valle e l ' a l t ro . Q u e s t a unitfi s t rut turale ~ s m e m b r a t a da n u m e r o s e faglie

inverse con immers ione verso O N O e s u b o r d i n a t a m e n t e verso E S E (fig. 6). P r o c e d e n d o

verso or ien te si osserva un a u m e n t o nel l 'ent i t f i di de fo rmaz ione che ha p e r m e s s o di

ubicare il f ronte di accava l lamento pi~ es te rno della p re sen te unitfi sul b a s a m e n t o

me tamor f i co (fig. 2).

4.1.3. Lave plioceniche di Ibarra e sequenza lacustre di Mira. Le lave p l iocen iche di

Iba r ra e la sequenza lacust re di Mi ra r iposano in d i scordanza angolare sui depos i t i del

G r u p p o Chota . I flussi lavici ed il lacust re sono carat ter izzat i da faglie inverse E - O ,

118 A . T I B A L D I - M . C O L T E L L I

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FAULT S3"RtKE

Fig. 6. - Istogramma della distribuzione azimutale della direzione delle faglie rilevate nel Gruppo Chota: 1) inverse, 2) inverse oblique, 3) trascorrenti destre, 4) trascorrenti sinistre, 5) normali, 6) di trasferimento.

oblique inverse shfistre NE e trascorrenti sinistre N N E e pih rare destre N O (fig. 7). Per la loro eventuale suddivisione temporale si ~ ricorso alle analogie cinematiche e

geometriche con le numerose strutture rilevate nel resto delle Ande Ecuadoriane (Baldock, 1982; Pasquar~ et al., 1990; Tibaldi, 1990; Tibaldi e Ferrari, 1990; Ferrari e Tibaldi, 1992; Tibaldi e Ferrari, 1992b). Ovunque ~ stata infatti riconosciuta una fase del Pleistocene superiore di transpressione sinistra lungo faglie N N E ed E-W. Gli indicatori

cinematici, quali strie e tectoglifi tipici delle rocce non carbonatiche, rilevati sulle superfici di scivolamento deHe faglie dell'area in esame, hanno permesso di determinate per questa

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FAULT S"~IKE

Fig. 7. - Istogramma della distribuzione azimutale della direzione delle faglie rilevate nelle unitfi di etfi fino al Pliocene. Per la legenda dei simboli vedasi la fig 6.

EVOLUZIONE GEOLOGICO-STRUTTURALE DI UNA VALLE ... 119

fase il tensore degli sforzi. A tal fine ~ stato utilizzato il programma di Carey (1979) che ha dato come risultato una direzione media N-S dello sforzo principale massimo (al).

4.2. Deformazione distensiva"

Le uriit/i deformate pih recenti sono dislocate da un sistema N-S e NNE di faglie normali e normali sinistre (fig. 8). I pitch delle stile sono compresi tra 65 e 90 ~ Le superfici di scivolamento immergono per lo pifi verso ovest accompagnate da faglie conjugate antitetiche immergenti a est. Anche se le dislocazioni maggiori sono state registrate dalle faglie immergenti a ovest, i blocchi risultano basculati verso la medesima direzione. Essendo presenti delle faglie normali principall nella parte occidentale del Valle Interandino immergenti a est, l'architettura d'insieme della struttura distensiva descilve una ,roli-over anticline>>.

Sono inoltre presenti faglie E-O e ESE parallele alla Valie Chota-Mira, e quindi perpendicolari alle faglie normali principali, che assolvono alia funzione di faglie di trasferimento (,transfer fault, nel senso di Hancock et aL, 1987). Queste strutture, di cui un esempio pub essere osservato a sud di Urcuqu~ (fig. 2), rappresentano quindi dei lineamenti antiandini attivi nel Valie Interandino net Quaternario, contraddistinti per6 da uno sviluppo locale ben definito. La direzione media dello sforzo principale minimo (a3), calcolata a partire dalle popolazioni di faglie striate, ~ risultata essere mediamente E-O.

Neli'area studiata le strutture di direzione NNE dislocano localmente anche le unit~ x~ticaniche e sedimentarie pifi recenti riferibili ali'Olocene. La continua instabilit~ dell'area ~ comunque sottolineata dai diffusissimi fenomeni franosi. Questi anche se sono principalmente imputabili all'elevato richiamo gravitativo dei versanti ed alia bassa coerenza dei depositi piroclastici, possono inoltre essere stati innescati da attivitfi sismica. L'area si trova infatti compresa in un'ampia zona sisimica comprendente il Valle l_nterandino e la Cordillera Real (Tibaldi e Ferrari, 1991).

a. T F

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FA: JLT STR{KE

Fig. 8. - Is togramma della distribuzione azimutale della direzione delle faglie rilevate nelle unit~ di et,h fino al

Quatemar io . Per la legenda dei simboli vedasi la fig. 6.

120 A . T I B A L D I - M . C O L T E L L I

~. DISCUSSIONE

5.1. Evoluz ione geologico-s t ru t tura le della Valle C h o t a - M i r a

La d i sco rdanza angolare tra il b a s a m e n t o m e t a m o r f i c o e le sopras tan t i unith

sottolinea la pifa antica fase de format iva r i levata ne l l ' a rea stucliata. Le geome t r i e del le

s t ru t ture pi6 ant iche ind icano una d i rez ione di r accorc i amen to (X) pr incipale O N O - E S E

con vergenza or ien ta le (fig. 9A), s e b b e n e la de fo rmaz ione polifasica possa in realth essere

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Fig. 9. - Schema in pianta dell'evoluzione geologico-strutturale dell'area studiata. A) Deformazione compressiva ESE-vergente del basamento metamorfico; B) deposizione dei sedimenti del Gruppo Chota (puntinato) e del vulcanico di 6 Ma (v); C) fase di piegamento ESE-vergente; D) formazione dei depositi lacustri intermontani (trattini) e vulcanici (v); E) fase compressiva con ~rl N-S; F) fase distensiva con 73 E-O e

ricoprimento con depositi piroclastici (v).

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O - S T R U T T U R A L E D I U N A V A L L E . . . 121

stata contraddistinta da variazioni nella direzione di raccorciamento, come girl riconosciu- to pifi a oriente da Pasquar~ et al. (1990). L 'aumento della complessitrl e dell 'enti tr delle deformazioni procedendo verso la Valle del Chota indica la possibilitrl dell 'esistenza di una paleodiscontinuit/l tettonica principale coincidente con la valle stessa. Tale disconti- nuit~ pub essere stata attiva fino al Miocene, allorquando ~ iniziata la deposizione dei sedimenti nel Valle Interandino (fig. 9B). In questo modo una paleovalle Chota-Mira si sarebbe impostata sulla discontinuitrl e avrebbe convogliato i sedimenti derivanti daUo smantellamento della Cordillera Real (fig. 10A) come dimostrato dai differenti spessori di depositi entro e fuori della valle (fig. 3). 11 notevole apporto di sedimenti coincide con il climax miocenico della rata di sollevamento della Cordillera Real (Baldock, 1982). Le faglie perpendicolari alle catene orogeniche non sono rare e costituiscono un motivo strutturale tipico deUo svincolo tra settori in raccorciamento differenziale interpretabili come <,tear fault)) (Brown, 1975; Price et al., 1978; Davis, 1984).

In una fase tettonica successiva i sedimenti clel Valle Interandino sono stati piegati secondo una direzione di raccorciamento (X) O N O - E S E con vergenza orientale (fig. 9C). 1~ possibile che il piegamento sia avvenuto ad una velocitr minore di quella di

~ A ~ ~ ~ ~ "~-

Fig. 10. - Rappresentazione schematica della formazione di pieghe nel Gruppo Chota con velociffi di deformazione inferiore a quella di escavazione lungo la paleovalle Chota-Mira. In A) il flume 6 controllato da una discontinuiffi tettonica che interessa il basamento metamorfico; in B) e C) il flume mantiene l'ofientazione

antiandina escavando le pieghe che gradualmente si formano.

122 A . T I B A L D I - M . C O L T E L L I

erosione del flume che occupava la paleovalle Chota-Mira. In questo modo il flume avrebbe continuato a scavare mantenendo ta sua orientazione anticordiglierana e le pieghe avrebbero mantenuto la loro orientazione NNE-SSO senza disturbi tettonici lungo l'asse (fig. 10B e C). Questa fase tettonica h successiva alia deposizione del Gruppo Chota e delle lave datate 6.3 Ma e precedente a quella del lacustre della terza unitr strutturale ed alle lave con etr di 3.46 Ma, per cui pu6 essere riferita al Pliocene.

Una successiva stasi o attenuazione dell'attivitr compressiva ha permesso la deposi- zione del lacustre in conche intermontane e l'attivit/~ effusiva con richiamo gravitativo verso la valle (fig. 3). Questi depositi sono stati poi ripresi da un impulso compressivo caratterizzato dal r orientato in media N-S (fig. 9D). La datazione di 3.46 e 3.65 Ma delle lave indica per questo evento un' etr posteriore alia fine Pliocene. Questo evento corrisponde ad una riorganizzazione regionale della cinematica deformativa come girl riconosciuto in lavori precedenti (Tibaldi, 1990; Tibaldi e Ferrari, 1992a; Ferrari e Tibaldi 1992) e quindi, per simliitudine cronologica con le aree circostanti, va collocato nel Pleistocene superiore.

Successivamente si instaura un'attivit/~ tettonica caratterizzata dallo svliuppo di faglie normali e normali sinistre N-S e NNE-SSO (fig. 9E). Questa attivit/t pub aver accompagnato la nascita dei vulcani Yanahurco e Iguan, l'ultimo dei quali si trova immediatamente a nord dell'area studiata. Le faglie transtensive hanno inoltre determi- nato il basculamento dei conglomerati che si trovano concentrati nell'alta Valie del Chota. Tali depositi costituiscono un indice della prosecuzione dell'attivitr sedimentaria nella valle stessa (fig. 3).

L'area ~ stata infine mantellata dai prodotti pih recenti olocenici dei vulcani Imbabura, Negropuno, Huagrabola e Iguan (fig. 9F). La forte escavazione lungo il Rio Chota insieme ad altri possibili fattori, quail attivitr sismica e particolari condizioni climatiche, hanno provocato la discesa di imponenti frane che hanno mantellato soprattutto il versante orograflco destro della valie. Fluttuazioni neli'attivit~ deposizionale del Rio Chota hanno determinato la formazione di vari terrazzi aUuvionali discordanti sui depositi conglomeratici basculati.

Dai daft qui presentati, emerge che nell'area studiata nessun deposito quaternario risulta dislocato da faglie principali paraliele alia Valle del Chota-Mira, per cui se tale lineamento rappresenta l'evidenza morfologica di una discontinuitr tettonica sepolta, questa deve essere stata attiva in tempi precedenti. Alla stessa conclusione si arriva analizzando la continuit/t deHe strutture deformative dei depositi del Gruppo Chota in entrambi i versanti della valle.

5.2. Significato stratigrafico e strutturale regionale

I depositi vulcanici presenti nell'area studiata fanno parte di un pi6 esteso sistema che si estende lungo il margine attivo Pacifico. La catena vulcanica ha iniziato a delinearsi nel Terziario seguendo poi un'evoluzione strettamente collegata a quella della zona di subduzione. Variazioni nel processo di subduzione, quali l'inclinazione e la densita (intesa come eta e eventuale presenza di crosta anomala) dello slab subducente, la velocit~ e

E V O L U Z I O N E G E O L O G I C O - S T R U T r U R A L E D I U N A V A L L E ... 123

direzione di convergenza e il risultante stato di sforzo nella crosta continentale (Uyeda, 1982; Cross e Pilger, 1982; Hanus e Vanek, 1985), producono variazioni nella distribuzione e intensit/i dei fenomeni vulcanici. Taft processi hanno portato alia configurazione attuale dell'attivita xailcanica lungo la Catena Andina.

I1 vulcanismo quaternario dell'Ecuador si estende verso sud fino alia latitudine di 2~ e verso nord fino alia Colombia. Barberi et al. (1988) hanno osservato che la fascia vulcanica ecuadoriana presenta un'ampiezza media di 80 km a sud della Valle del Chota, mentre a nord si ha una diminuzione di ampiezza. Essi hanno osservato inoltre che in corrispondenza della Valle del Chota si ha la scomparsa della polarit/l chimica che contraddistingue la catena ecuadoriana centrale, dove cio6, procedendo verso est, si ha un aumento nella quantita di K20. Barberi et aL (1988), sulla scorta anche dei suggerimenti avanzati da Hall e Wood (1985), hanno interpretato la Valle del Chota-Mira come l'evidenza di una pfincipale discontinuita tettonica coincidente con i cambiamenti suddetti nell'attivita vulcanica quaternaria.

La successione degli eventi deformativi discussa nel presente lavoro predata i movimenti lungo la discontinuita tettonica al pre-Miocene, conformemente all'eta del Gruppo Chota di Bristow e Hoffstetter (1977). La presenza di crosta oceanica anomala nella zona di subduzione (Hey, 1977; Hey et al., 1977; Lonsdale, 1978) non si riflette quindi in una discontinuit/l tettonica crostale attiva nel Plio-Quaternario. Inoltre, dopo l'analisi di ulteriori dati geochimici, la variazione del contenuto di K20 helle lave quaternarie immediatamente a nord della Valle del Chota ~ risultata invece essere uguale a quella delle lave poste pit) a sud.

Discontinuit/t tettoniche antiandine di eta quaternaria sono state anche postulate da Hall e Wood (1985) per l'Ecuador e la Colombia. Una delle loro linee, chiamata Mira- Salado, ~ stata da noi investigata nel tratto presentato in questo lavoro e da Pasquar~ et al. (1990) e Ferrari e Tibaldi (1992) nella sua prosecuzione orientale. I dati di terreno hanno mostrato che tale linea e costituita in realta da una successione di faglie discontinue di et/i e senso di movimento diversi. In particolare sono stati riscontrati movimenti tettonici quaternari lungo faglie ONO con carattere locale indotte dalle principali faglie sismogenetiche orientate N N E .

6. CONCLUSIONI

Un rilevamento geologico e strutturale delia Valle Chota-Mira ed aree circostanti ha permesso di definire l'evoluzione che ha contraddistinto questa porzione delle Ande Ecuadoriane settentrionali. I1 basamento metamorfico della Cordillera Real ha subito una deformazione polifasica duttile e fragile a vergenza orientale secondo un asse di raccorciamento (X) orientato ONO-ESE. Le suddette strutture risultano particolarmen- te deformate in prossimita della Valle del Chota-Mira in conseguenza probabilmente di un'antica faglia antiandina. Susseguentemente nel Miocene superiore si h avuta la deposizione di sedimenti continentali all'intersezione trail Vane Internandino e la Valle Chota-Mira deformati poi da una nuova fase compressiva con vergenza verso ESE. Alla fine del Pliocene si ha la formazione di depositi lacustri e vulcanici, seguita nel

124 A . T I B A L D I - M . C O L T E L L I

Pleistocene superiore da un impulso compressivo con ~l medio orientato N-S. La fase tettonica pifl recente ha causato lo sviluppo di faglle normali N-S e normali sinistre NNE secondo un ~3 medio orientato E-O.

Durante tutte queste fasi la Valle del Chota ~ riuscita a mantenere la propria orientazione antiandina probabilmente per una velocit~ di erosione fluviale maggiore di quella di formazione delle pieghe. In un tale contesto il lineamento moffologico della Valle del Chota-Mira non rappresenta una discontinuith tettonica crostale attiva nel Quaternario, e non 6 quindi relazionabile con la variazione del vulcanismo quatemario lungo la catena ecuadoriana. Una maggiore ampiezza della fascia dei vulcani quaternari a sud della Valle del Chota pu6 essere collegata alia presenza di numerose faglie trascorrenti verticali intra-arco, parallele all'arco vulcanico stesso ed interagenti con la zona profonda di risalita dei fusi magmatici, come constatato anche in altri archi vulcanici (Tibaldi, 1990; Tibaldi, 1992).

RINGRAZIAMENTI

M. Rosi, E. Aguilera (Geotermica Itatiana) e E. Ahneida (INECEL) hanno fornito assistenza togistica. La ricerca rientra nel programma di lavoro per la preparazione della Tesi di Dottorato di uno degli Autori (A.T.) che ha beneficiato del corrispondente fondo del Ministero Italiano della Pubblica Istruzione. S. Antico ha preparato la versione finale dei disegni.

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