Late Dolomitization in Basinal Limestones of the Southern Apennines Fold and Thrust Belt (Italy) Dolomitisation tardo-diagénétique dans les calcaires de bassins triassiques de l’Apennin Méridionale (Italie)

Abstract

The Triassic pelagic carbonates of the Lagonegro Units from the southern Apennines fold and thrust belt host discordant bodies of dolostone. These rocks show textural features typical of zebra or saddle dolomites. In this contribution, the results of field observations, petrography and geochemical analyzes performed on samples from three different outcrops are presented. Field data indicate that the peculiar zebra-type rock and brecciated fabrics were controlled by regular bedding of the micritic, pelagic limestones. The dolomitization resulted in the replacement of the host limestones and subsequent void-filling precipitation of dolomite in a dilatational stress field. Homogenization temperatures (Th) are in the range 80-120°C, with a clear mode of 95 ÷ 10°C. When corrected for maximum pressure, they indicate an upper limit for dolomite formation around 110-115°C. Melting temperatures of ice (Tmi) point to salinities in the range 2-6 wt% NaCl eq, with a mean of 4.2%. δ13C values overlap those of the Upper Triassic seawater, whereas the δ18O values are significantly depleted compared to the coeval seawater. 87Sr/86Sr values are higher with respect to Upper Triassic seawater, and partially overlap Middle-Upper Miocene values. The performed analyzes indicate a dolomitization process driven by warm fluids (110-115°C) with a salinity close to that of seawater and O-isotope ratios comprised between seawater and formation waters. It is suggested that the dolomitization was accomplished by formation waters squeezed out or from surrounding lithologies or from the underlying mélange units. Integration with available thermal data on the collisional history of the belt suggests that the fluid-flow took place after maximum burial, in the early stages of exhumation, in the assumption of a fluid in thermal equilibrium with the host rocks. According to literature data, the dolomitization event was quite widespread. It can be argued that it was part of a major fluid-flux associated with fold and thrust belt development, which possibly affected the Apulian Platform carbonates located in the foreland. The latter, now buried below the nappe stack, hosts some of the major oil fields of continental Europe. Les carbonates pélagiques triassiques de l’Unité de Lagonegro, dans l’Apennin méridional hébergent des corps dolomitiques discordants. Ces dolomies montrent les structures typiques connues comme “zébra” ou dolomite “à selle”. Dans cette note, on présente les résultats d’observations de terrains et pétrographiques et les données géochimiques obtenues sur trois affleurements. Les données de terrain indiquent que les structures de type “zébra” et bréchifiées sont contrôlées par la stratification très régulière des calcaires micritiques. La dolomitisation a comporté le remplacement du calcaire et de la précipitation de dolomite cristalline dans les vides sous un champ de contraintes extensionnelles. Les températures d’homogénéisation sont comprises entre 80 et 120 °C, avec un mode à (95 ± 10) °C. Après une correction de pression, elles indiquent une température maximale de formation de la dolomie d’environ 110-115 °C. Les températures de fusion de la glace indiquent une salinité comprise entre 2 et 6 wt% NaCl eq, avec une moyenne de 4.2 %. Les valeurs de δ13C sont comparables à celles de l’eau de mer triassique, tandis que les valeurs de δ18O sont fortement appauvries. Les valeurs du rapport 87Sr/86Sr sont au contraire plus élevées que celles estimées pour l’eau de mer triassique, mais comparables à celles du Miocène Moyen-Supérieur. Ces résultats indiquent une dolomitisation accomplie par des fluides relativement chauds avec une salinité voisine de celle de la mer et une composition isotopique comprise entre celle de l’eau de mer et celle de saumures de bassin. On propose que cette dolomitisation a été achevée par les eaux expulsées par les formations qui entourent les carbonates pélagiques triassiques ou celles du mélange sous-jacent. L’intégration des données sur l’histoire thermique et de la déformation indique, si l’on assume un équilibre thermique avec les roches encaissantes, que ce phénomène ait eu lieu après le pic d’enfouissement pendant les premiers stades de l’exhumation. Enfin, puisque les dolomies sont assez répandues dans la région, il est bien possible qu’une importante circulation de fluides ait intéressé l’entier fold- and thrust-belt pendant la déformation, y compris les unités de la Plate-forme Apulienne, qui héberge des importants réservoirs d’hydrocarbures.