ImpaginatoInsinga SSTTRRAATTIIGGRRAAFFIIAA EE CCAARRAATTTTEERRIISSTTIICCHHEE FFIISSIICCHHEE DDEEII DDEEPPOOSSIITTII OOLLOOCCEENNIICCII DDEELL PPOORRTTOO DDII MMIISSEENNOO,, GGOOLLFFOO DDII PPOOZZZZUUOOLLII ((TTIIRRRREENNOO CCEENNTTRROO--OORRIIEENNTTAALLEE)) DD.. IInnssiinnggaa 11**,, AA.. DDii MMeegglliioo 22,, FF.. MMoolliissssoo 11 && MM.. SSaacccchhii 11**** 1 Istituto di Ricerca Geomare Sud - CNR, Via Amerigo Vespucci, 9 - 80142 - Napoli 2 Technodata s.r.l., Via Cinthia, P.co S. Paolo, Is. 20 - 80126 – Napoli *insinga@gms01.geomare.na.cnr.it; **sacchi@gms01.geomare.na.cnr.it RIASSUNTO L’analisi di cinque carotaggi profondi (30÷40 m) effettuati nello specchio d’acqua del Porto di Miseno (settore occidentale dei Campi Flegrei), insieme con la datazione di due livelli di torba (14C AMS) ed una serie di prove geotecniche in sito e su campioni indisturbati, ha consentito di ricostruire l’assetto stratigrafico della successione olocenica campionata al di sotto del fondo mare e di determinare le caratteristiche fisiche e meccaniche dei sedimenti. Sulla base dei risultati ottenuti sono state delineate le principali fasi evolutive di que- sta piccola insenatura del Golfo di Pozzuoli durante gli ultimi 10.000 anni. La successione carotata, costituita prevalentemente da sabbie di natura vulcanica, è caratterizzata da un trend generale trasgressivo localmente interrotto da due episodi di regressione forzata legati al rapido accumulo di depositi piroclastici più o meno sviluppati. Gli episodi regressivi terminano con la formazione di due livelli di torba rinvenuti all’interno dell’unità B ed al passaggio tra le unità D ed E, e le cui misure radiometriche hanno fornito un’età di 3560±40 anni e 7815±55 anni, rispettivamente. Ciò permette di correlare tali livelli con due importanti fasi di quiescenza dell’attività vulcanica dei Campi Flegrei documentate in letteratura. Il controllo geocronologico for- nito dalle datazioni assolute, consente, inoltre, una stima dei tassi di sedimentazione durante l’Olocene medio-superiore, i quali sono mediamente dell’ordine di 3.5 m/ka per le unità inferiori (E-D) e di 2.2 m /ka per quelle superiori (B-A). La successione olocenica di Porto Miseno può essere correlata con una serie di unità sismo-stratigrafiche individuate nel settore cen- trale ed in quello orientale della piattaforma continentale del Golfo di Pozzuoli e con la sezione affiorante lungo la scarpata d’erosione del terrazzo marino de La Starza, nel settore emerso dei Campi Flegrei, dove la successione olocenica è stata sollevata di circa 40 m sopra il livello del mare durante gli ultimi 4000 anni. ABSTRACT The stratigraphic study of five deep cores (30-40 m) drilled in the harbor of Miseno (western Flegrean Fields), along with radiometric age dating (14C AMS) of two peat layers and a number of geotechnical tests, allowed for the reconstruction of the stratigraphic fra- mework and the determination of physical and mechanical properties of the Holocene succession beneath the sea floor. Based on these data we outline the evolution of the study area during the last 10.000 years. The Holocene succession of Porto Miseno is characterized by transgressive volcanic sandy deposits which include a 1÷5 m thick pyro- clastic unit (Unit C). Two resting phases, which closes regressive episods, are testified by two peat layers which have been cored within unit B (layer t1) and at the transition between units D and E (layer t2). Samples collected from the peat layers yielded radiometric ages of 3560±40 years B.P. and 7815±55 years B.P., respectively. This suggests a correlation between the cored peat layers and two paleo- sols documented on land that are associated with resting periods during the volcanic activity of Flegrean Fields. Chronostratigraphic constraints, based on these radiocarbon age determinations, allowed for the evaluation of sedimentation rates during Late Holocene, which are in the order of 3.5 m/ka for the lower units (E-D) and 2.2 m /ka for the upper part of the section (units B-A). The Holocene deposits of Porto Miseno can be correlated with distinct seismic-stratigraphic units identified in the subsurface of the southern and central sectors of Pozzuoli Bay. They can be also correlated with the section cropping out onshore, along the erosional slope of “La Starza” terrace, where the marine Holocene sequence has been uplifted about 40 m above the sea level in the last few thousand years. Parole chiave: Golfo di Pozzuoli, Campi Flegrei, Olocene, caratteristiche geotecniche, età radiometrica Key words: Pozzuoli Bay, Flegrean Fields, Holocene, geotechnical properties, radiometric age. Il Quaternario Italian Journal of Quaternary Sciences 1155(1), 2002, 11-21 11.. IINNTTRROODDUUZZIIOONNEE Il settore costiero del Mar Tirreno centro-orientale è caratterizzato dalla presenza diffusa di resti archeolo- gici e di strutture portuali di età classica greca e romana (ca 2000-3000 anni B.P.) che si rinvengono oggi per lo più sommersi o, comunque, a quote differenti rispetto a quelle della loro originaria realizzazione ed ubicazione funzionale. Ciò a testimonianza di importanti variazioni che hanno interessato il livello relativo del mare e la linea di costa della Campania (Alessio et al., 1994), in particolare nel settore dei Campi Flegrei, nel corso delle ultime decine di centinaia di anni (Dvorak & Mastrolorenzo, 1991). Diversi studi dimostrano che circa 2000 anni fa il livello del mare era all’incirca 0.5 m più basso di quello attuale e che poi è rapidamente risalito con tassi di circa 0.75 mm/anno tra il 50 B.C. e l’A.D.150 (Pirazzoli, 1976). Un’ulteriore complicazione per la ricostruzione degli spostamenti della linea di costa nell’area oggetto di studio durante l’Olocene è rappresentata poi dalla notevole instabilità tettonica dell’area circostante l’abita- 12 Insinga et al. to di Pozzuoli, la quale è stata interessata, anche in epoca storica, da ripetute e talora drammatiche fasi di sollevamento e di subsidenza (Barberi et al.,1984). Nel settore settentrionale del Golfo di Pozzuoli compreso tra Baia e Punta Miseno si rinvengono fre- quentemente manufatti, resti di reperti o costruzioni di età romana (ville, piscine e banchine d’attracco) ad una profondità compresa tra i 9 ed i 7 m al di sotto del livello medio del mare (Caputo, 1989). Per l’area dell’attuale porto di Miseno (Comune di Bacoli), già base della flotta imperiale romana dal I al IV secolo d.C., è stato calcola- to un innalzamento relativo del livello del mare, in gran parte imputabile a subsidenza tettonica, di circa 9 m negli ultimi 2000 anni (Dvorak & Mastrolorenzo, 1991). Tra il VII ed l’XI sec., nel periodo di massima ingressio- ne marina, legata a fenomeni di bradisismo, si registra- no massimi di subsidenza dell’ordine di 11-12 m (Cinque et al., 1991). Nel corso del 1998, l’Istituto di Ricerca “Geomare Sud” del CNR di Napoli ha svolto una serie di campa- gne di indagini dirette ed indirette al fine di ricostruire la stratigrafia dei depositi olocenici nei golfi di Napoli e di Pozzuoli (Aiello et al., 1999; 2000). In particolare, nell’a- rea di Porto Miseno, a sud dell’abitato di Pozzuoli, sono stati effettuati cinque carotaggi profondi, di cui uno a terra e quattro nello specchio d’acqua antistante la ban- china, che hanno raggiunto una profondità massima di 34 m al di sotto del l.m.m. L’esecuzione dei carotaggi è stata accompagnata da una serie di prove geotecniche sia in sito che in laboratorio e dalla determinazione del- l’età radiometrica (14C AMS) di due campioni di torba che hanno consentito di inquadrare la successione stu- diata da un punto di vista cronostratigrafico. La granulometria mediamente grossolana dei depositi carotati e le tecniche di perforazione adottate, non hanno consentito il recupero di campioni sufficiente- mente indisturbati per il riconoscimento delle strutture sedimentarie minori, le quali sono state in parte oblitera- te nel corso delle operazioni di carotaggio. E’ stato pos- sibile, tuttavia, ricostruire l’esatto spessore stratigrafico Fig. 1. Schema vulcano-tettonico dei Campi Flegrei e del Golfo di Pozzuoli con l’ubicazione del Porto di Miseno e dell’area studio (modificato da Rosi & Sbrana, 1987; Milia, 2000). Volcano-tectonic sketch map of the Flegrean Fields and Pozzuoli Bay showing the location of Porto Miseno and the study area. dei diversi depositi incontrati ed il recupero di segmenti di carota, anche di considerevole lunghezza, pressoché indisturbati. Ciò ha permesso non solo di ricostruire l’as- setto litostratigrafico della successione campionata, ma anche di delineare le principali fasi evolutive di questa piccola insenatura nel corso degli ultimi 10.000 anni. 22.. IINNQQUUAADDRRAAMMEENNTTOO GGEEOOLLOOGGIICCOO L’area di Porto Miseno ricade nel settore occiden- tale del distretto vulcanico dei Campi Flegrei che si svi- luppa in corrispondenza di un alto morfostrutturale del basamento meso-cenozoico del margine occidentale dell’Appennino campano (Fig. 1). L’attività vulcanica dei Campi Flegrei è legata alla tettonica distensiva che ha interessato il margine tirrenico orientale durante il Quaternario e di cui la Piana Campana ed il Golfo di Napoli rappresentano alcuni tra i principali elementi morfotettonici (Ippolito et al.,1973; Ortolani & Aprile, 1978; Milia, 1996; Aiello et al., 1999). Dall’inizio della sua attività (c.a.50.000 anni B.P.), questo distretto è stato caratterizzato da una serie di manifestazioni vulcaniche e dallo sviluppo di numerosi centri eruttivi monogenici con chimismo ad affinità potassica (Di Girolamo et al., 1984). Uno degli elementi strutturali più caratteristici del- l’area dei Campi Flegrei è rappresentato da una depres- sione ampia 12 km (Orsi et al., 1996), comunemente interpretata come il risultato dell’evoluzione di un siste- ma calderico, all’interno della quale si è manifestata gran parte dell’attività vulcanica recente conclusasi con l’eruzione del Monte Nuovo nel 1538 A.D. (Di Vito et al., 1987). L’andamento dell’originale bordo calderico è indi- viduabile a terra in corrispondenza di una serie di scar- pate discontinue alte diverse decine di metri, mentre nel settore sommerso, a sud del Golfo di Pozzuoli, coincide probabilmente con i banchi vulcanici di Miseno, Nisida e Penta Palummo (Colantoni et al., 1972; Pescatore et al., 1984; Milia, 1998) L’attività vulcanica di tipo esplosivo nell’area di Miseno si è esplicata prevalentemente tra 12.0 e 9.5 ka B.P. (I Epoca, Di Vito et al., 1999) ed ha determinato lungo il bordo della struttura calderica, la formazione di “tuff rings” e “tuff cones” di cui Porto Miseno e Capo Miseno rappresentano alcuni relitti rispettivamente. Questi apparati di modeste dimensioni, pur essendo oggi quasi completamente distrutti a seguito di collassi vulcano-tettonici e dell’erosione marina che hanno inte- ressato il settore costiero in esame nelle ultime migliaia di anni, conferiscono all’area i tratti caratteristici di un sistema craterico collassato. In particolare, l’originaria morfologia è ancora riconoscibile nella forma circolare dell’insenatura del Porto di Miseno. I suddetti apparati vulcanici sono costituiti princi- palmente da alternanze di strati di scorie di varie dimen- sioni miste a pomici immerse in una matrice cineritica più o meno abbondante ed a luoghi resa coerente da un processo di diagenesi e di cementazione secondaria (zeolitizzazione). In alcune zone, lungo i versanti di que- sti apparati vulcanici sono visibili, infatti, graduali pas- saggi da facies piroclastiche giallastre litoidi a facies gri- giastre notevolmente meno coerenti. 33.. IINNDDAAGGIINNII EESSEEGGUUIITTEE EE DDAATTII RRAACCCCOOLLTTII La campagna di indagini è consistita in una serie di prove sia in sito che in laboratorio. Queste hanno per- messo di ricostruire l’evoluzione stratigrafica dell’area, di caratterizzare da un punto di vista geotecnico i depositi campionati e di datare con il metodo del radiocarbonio due livelli di torba recuperati dai campioni di carotaggio. In Figura 2 è indicata l’ubicazione dei cinque caro- taggi realizzati, mentre in Tabella 1 sono indicati, per ciascuno di essi, le quote di boccaforo riferite al livello medio del mare, le profondità raggiunte, il numero dei campioni indisturbati prelevati ed il numero di prove penetrometriche ese- guite. 3.1. Carotaggi I carotaggi, denominati con la sigla MGF, hanno raggiunto una profondità massima di 40 m, per una lunghez- za complessiva di perforazione effettuata di circa 170 m ed una percentuale di recupe- ro di circa 76 %. Per il recupero dei campioni sono state utilizzate attrezzature a rotazione munite di carotiere semplice del diametro esterno di 101 mm ed adoperate, dove necessario, 13Stratigrafia e caratteristiche fisiche... Fig. 2. Ubicazione dei cinque carotaggi effettuati in località Porto Miseno utilizzati in questo studio (MGF 1-MGF 5). Location of five cores drilled in the Porto Miseno area (MGF 1-MGF 5) analyzed in this study. 14 colonne di rivestimento del diametro esterno di 127 mm. Per i carotaggi effettuati in mare (MGF 2-5) si è operato da un pontone galleggiante, munito di mensola a sbalzo per facilitare le operazioni di montaggio delle aste ed il recupero del sondaggio. Dai fori di trivellazione è stato estratto un carotag- gio più o meno continuo che, sistemato in apposite cas- sette catalogatrici, è stato poi utilizzato per la descrizio- ne litostratigrafica. Sono stati quindi prelevati una serie di campioni indisturbati adoperando un campionatore tipo Shelby, del diametro di 90 mm e della lunghezza di 70 cm, infisso a pressione previo avanzamento del rive- stimento e pulitura del foro. Nel corso delle operazioni di carotaggio sono state, inoltre, eseguite prove penetrometriche tipo Standard Penetration Test (S.P.T.) i cui risultati vengo- no riportati in Tabella 2. 3.2 Analisi granulometriche e prove geotecniche I 25 campioni indisturbati recuperati sono stati sot- toposti in seguito ad una serie di prove geotecniche di laboratorio al fine di determinare 1) le caratteristiche fisi- che (umidità naturale w, peso dell’unità di volume γ, peso specifico dei granuli γs, porosità n, grado di satura- zione S); 2) la distribuzione granulometrica mediante setacciatura (per la parte più grossolana) e sedimenta- zione (per la frazione più sottile); 3) le caratteristiche meccaniche quali coesione c ed angolo d’attrito interno ϕ, mediante prove di taglio diretto. I risultati delle prove geotecniche di laboratorio sono riportati schematicamente nelle Tabelle 3 e 4. 44.. SSTTRRAATTIIGGRRAAFFIIAA DDEEII DDEEPPOOSSIITTII OOLLOOCCEENNIICCII DDII PPOORRTTOO MMIISSEENNOO L’analisi delle colonne stratigrafiche dei carotaggi di Porto Miseno consente il riconoscimento di cinque unità litostratigrafiche principali, ben definibili e correla- bili a cui si intercalano due orizzonti di torba più o meno continui (Fig. 3). Queste unità sono rappresentate, dal basso verso l’alto da: - Unità E - Sabbie grossolane ghiaiose - Unità D - Sabbie limose pozzolaniche - Unità C - Pomici eterometriche in matrice pozzo- lanica - Unità B - Sabbie medio-grosse incoerenti - Unità A - Sabbie fini limose 4.1. Unità E - Sabbie grossolane ghiaiose La parte basale della successione è caratterizzata da sabbie piuttosto grossolane, a tratti ghiaiose, con ciottoli lapidei poligenici, di colore grigio, ed abbondanti Insinga et al. NNuummeerroo ddii NNuummeerroo ddii SSoonnddaaggggiioo QQuuoottaa//PPrrooffoonnddiittàà LLuunngghheezzzzaa ccaammppiioonnii PPrroovvee ((nn°°)) ((mm)) ((mm)) iinnddiissttuurrbbaattii SS..PP..TT.. MGF1 +0,75 34 5 7 MGF2 -1,20 34 5 7 MGF3 -1,50 30 5 6 MGF4 -2,00 32 5 7 MGF5 -2,50 40 5 7 SSoonnddaaggggiioo PPrrooffoonnddiittàà PPrroovvee SS..PP..TT.. ((nn°°)) ((mm)) ((NNsspptt)) MGF1 4,6 16 MGF1 8,0 33 MGF1 14,0 31 MGF1 18,4 25 MGF1 20,5 66 MGF1 25,6 R MGF1 34,0 70 MGF2 4,0 70 MGF2 8,0 60 MGF2 11,5 24 MGF2 15,5 7 MGF2 20,0 R MGF2 26,5 7 MGF2 34,0 31 MGF3 4,0 20 MGF3 8,0 43 MGF3 12,0 51 MGF3 16,0 30 MGF3 25,0 R MGF3 27,5 R MGF4 4,0 16 MGF4 8,0 21 MGF4 11,5 24 MGF4 16,0 59 MGF4 20,1 43 MGF4 26,6 37 MGF4 30,0 R MGF5 4,0 13 MGF5 8,0 23 MGF5 11,5 41 MGF5 16,0 55 MGF5 20,0 55 MGF5 27,5 26 MGF5 35,0 R Tab. 1 - Quadro sintetico di quote di boccaforo, profondità raggiunte, numero di campioni indisturbati e numero di prove Standard Penetration Test (S.P.T.) per i cinque sondaggi a carotag- gio continuo effettuati nel Porto di Miseno. Synopsis of altitude/water depth, length, number of undisturbed samples and number of Standard Penetration Tests (S.P.T.) measurements for the cores MGF drilled in Porto Miseno. Tab. 2. Riepilogo dei risultati delle prove Standard Penetration Test (S.P.T.) eseguite nel corso delle operazioni di carotaggio nel Porto di Miseno. Summary of Standard Penetration Tests (S.P.T.) measure- ments carried out during drilling operations at Porto Miseno. 15 pomici (grafico E in Fig. 4). La presenza di intercalazioni di sottili livelli limosi ha favorito la formazione di un “tappo” di chiusura del tubo campionatore, consentendo il recupero dei depositi in fase di carotaggio. Il grado di arrotondamento ed appiattimento dei clasti suggeriscono un ambiente deposizionale di spiag- gia prossimale o di battigia. 4.2. Unità D - Sabbie limose pozzolaniche Questi sedimenti sono rappresentati da sabbie di colore grigio scuro in matrice limosa di natura vulcanica. La parte alta di questo livello è caratterizzata dalla pre- senza di materiale organico e da frammenti di gusci di bivalvi e gasteropodi. La parte inferiore, invece, è gene- ralmente più povera in frazione limosa come evidenziato dal grafico D in Figura 4. Lo spessore carotato può rag- giungere i 13 m come accade nei sondaggi MGF 2 e MGF 3. La presenza di una frazione limosa, general- mente sempre apprezzabile, suggerisce condizioni di sedimentazione in ambiente protetto di spiaggia som- Stratigrafia e caratteristiche fisiche... Fig. 3 - Corre- lazione litostrati- grafica tra i caro- taggi MGF del Porto di Miseno. Le età assolute degli orizzonti di torba t1 e t2 sono state determinate datati con il meto- do del radiocarbo- nio. Lithostratigraphic correlation among MGF cores, Porto Miseno. Peat hori- zons t 1 and t 2 have been dated by 14C. 16 mersa. I depositi si presentano generalmente coerenti, oltre che resistenti alla perforazione. 4.3. Unità C - Pomici eterometriche in matrice pozzola- nica Quest’unità raggiunge uno spessore massimo di 5 m nel carotaggio MGF 1, e si rinviene a profondità com- prese tra i 14 ed i 19 m. Le pomici, immerse in una matrice sabbioso-limosa di natura vulcanica, hanno dimensioni variabili (5 cm max.) (grafico C in Fig. 4) e presentano, talvolta, patine di ossidazione probabilmen- te legate a processi di alterazione in ambiente subaereo Insinga et al. Fig. 4 - Curve granulometriche (di frequenza cumulativa) dei campioni prelevati dai carotaggi effettuati nel Porto di Miseno (MGF 1- MGF 5). Granulometric curves (cumulative frequencies) of core samples drilled at Porto Miseno (MGF 1-MGF 5). 17 o vadoso. La presenza, in tale livello, di granuli (ciottoli) con elevato grado di arrotondamento, suggerisce per questi depositi un ambiente di sedimentazione di spiag- gia sommersa prossimale o di battigia. 4.4. Unità B - Sabbie medio-grossolane incoerenti Questi depositi clastici grossolani sono poveri in matrice (grafico B in Fig. 4) e piuttosto incoerenti. Essi costituiscono un’unità di spessore variabile da un mini- mo di 6 m ad un massimo di 10 m (sondaggio MGF 5). Inclusi in tale livello si ritrovano, spesso, clasti pomicei di dimensioni variabili. Si tratta dei depositi basali di un breve ciclo marino trasgressivo-regressivo che si svilup- pa con una classica successione gradata passando da sabbie medio-grossolane a sabbie medie, debolmente limose, progressivamente più fini procedendo verso l’al- to. 4.5. Unità A - Sabbie fini limose Rappresentano i depositi stratigraficamente più recenti che da fondo mare raggiungono una profondità media di 6 m (7.50 m nel carotaggio MGF 1 eseguito a terra). Queste sabbie di natura vulcanica sono caratte- rizzate da una notevole presenza di resti di origine vegetale e da piccoli frammenti di gusci di molluschi. Talora si ritrovano gusci di lamellibranchi (Cardium sp.) ben conservati ed organizzati in veri e propri orizzonti alla base dell’unità (sondaggi MGF 2, MGF 3, MGF 5). Queste caratteristiche suggeriscono un ambiente depo- sizionale di bassa energia di tipo spiaggia sommersa di ambiente protetto. 4.6. Torbe Gli orizzonti di torba rinvenuti durante le operazio- ni di carotaggio si ritrovano, rispettivamente, all’interno dell’unità B (orizzonte t1), a profondità comprese tra 8 e 12 m, ed al passaggio tra le unità E e D (orizzonte t2), a profondità comprese tra 26 e 31.5 m (Fig.3). L’orizzonte t2 è stato raggiunto nel sondaggio MGF 1 ad una profondità di 31.5 m (campione n° 6444) mentre l’oriz- zonte t1 è stato carotato nel sondaggio MGF 3 ad una profondità di 9.50 m (campione n° 6445). I campioni prelevati sono stati sottoposti ad analisi per la determinazione dell’età assoluta con il metodo del radiocarbonio. Per il campione n° 6444 (t1) è stata otte- nuta un’età di 3565±40 anni B.P., mentre il campione n° 6445 (t2) ha fornito un’età di 7815±55 anni B.P. (Fig. 3). Le età misurate degli orizzonti torbosi t1 e t2 ben si cor- relano con le età, riportate in letteratura, di due paleo- suoli che testimoniano fasi di quiescenza dell’attività vul- canica nel settore occidentale dei Campi Flegrei durante gli ultimi 10.000 anni (Rosi & Sbrana, 1987; D’Antonio et al., 1999). 55.. CCAARRAATTTTEERRIISSTTIICCHHEE FFIISSIICCHHEE EE MMEECCCCAANNII-- CCHHEE DDEEII DDEEPPOOSSIITTII OOLLOOCCEENNIICCII DDII PPOORRTTOO MMIISSEENNOO I risultati ottenuti dalle prove di laboratorio e dalle indagini geotecniche in sito, riportati sinteticamente nelle Tabelle 3 e 4 e con i valori medi per ogni unità riconosciuta in Tabella 5, hanno fornito dati utili per la caratterizzazione delle proprietà fisiche generali e mec- caniche della successione olocenica investigata, rappre- sentando inoltre un ulteriore criterio utile per la correla- zione stratigrafica. In particolare, l’analisi delle curve granulometriche illustrate in Figura 4, ha consentito di suddividere la suc- cessione di Porto Miseno in cinque unità litostratigrafi- che principali e di evidenziarne i caratteri tessiturali ed i parametri statistici principali. 5.1. Unità E - Sabbie grossolane ghiaiose Si tratta di sabbie grossolane caratterizzate da una frazione ghiaiosa piuttosto abbondante (circa il 42%) e dalla presenza di sottili livelli più limosi intercala- ti che hanno facilitato le operazioni di campionamento. I depositi risultano ben addensati, con valori di NSPT molto variabili e compresi tra 27 e 70. Tale disper- sione è probabilmente legata alle dimensioni medie dei clasti ed alla distribuzione piuttosto eterogenea delle varie classi granulometriche. I pesi dell’unità di volume γ risultano compresi tra 17.65 e 18.63 kN/m3, la porosità n presenta valori medi intorno a 39%, la coesione è nulla, mentre i valori dell’angolo di attrito interno ϕ sono mediamente di 35°. 5.2. Unità D - Sabbie limose pozzolaniche Tale livello è costituito da sabbie fini pozzolaniche con una frazione di limo variabile che in alcuni casi rag- giunge il 23%. Si tratta di depositi apparentemente molto compatti come testimoniato dai risultati delle prove SPT eseguite, che hanno registrato valori NSPT compresi tra minimi di 34 e massimi fino al rifiuto. Le Tabelle 3 e 4 mostrano valori di peso dell’unità di volu- me γ mediamente compresi tra 15.7 e 17.65 kN/m3, un valore medio di 6 kPa per la coesione c, porosità n intor- no al 50% ed angoli di attrito interno ϕ tra 35° e 40°. 5.3. Unità C - Pomici eterometriche in matrice pozzola- nica Tale orizzonte è rappresentato, da un punto di vista granulometrico, da una ghiaia con sabbia limosa. La porosità n di questi depositi è molto elevata (circa il 60%), ed i pesi dell’unità di volume γ si aggirano intorno ai 16.67 kN/m3. Lo stato di addensamento è risultato fortemente variabile con valori di NSPT compresi tra 8 e 30, mentre la prova di taglio diretto ha registrato angoli di attrito ϕ di 36° e valori di coesione c intorno a 6 kPa. 5.4. Unità B - Sabbie medio-grossolane incoerenti I risultati delle prove di laboratorio indicano che per tali sabbie la frazione ghiaiosa è talora predominan- te. Questi depositi sono dotati di un certo grado di addensamento con valori di NSPT mediamente compresi tra 20 e 40, tipici di sabbie da mediamente addensate a dense. I valori del peso di volume γ registrati dalle prove eseguite risultano in media pari a 15.7 kN/m3 con valori minimi e massimi di 14.70 e 18.63 kN/m3 registrati, rispettivamente, in corrispondenza di orizzonti costituiti da pomici e litici. La coesione c misurata presenta un valore medio di 4 kPa, mentre l’angolo di attrito interno ϕ oscilla tra i 33° ed i 38°. 5.5. Unità A - Sabbie fini limose La frazione limosa nelle sabbie fini è più o meno abbondante ed i filamenti vegetali, presenti in quantità considerevoli, conferiscono al complesso una certa Stratigrafia e caratteristiche fisiche... compressibilità. Le prove SPT eseguite hanno fatto registrare valori del numero di colpi NSPT compresi tra 12 e 20, caratteristici di terreni da scarsamente a mediamente addensati. Dal punto di vista delle proprietà fisiche generali e meccaniche, l’unico campione analizzato in laboratorio ha evidenziato pesi dell’unità di volume γ prossimi a 14.71 kN/m3, valori di coesione c nulli ed angoli di attrito ϕ pari a 35°. 66.. DDIISSCCUUSSSSIIOONNEE EE CCOONNCCLLUUSSIIOONNII L’analisi di 5 sondaggi a rotazione con carotaggio continuo (MGF 1 - MGF 5), insieme con la determina- zione dell’età radiometrica (14C AMS) di due livelli di torba rinvenuti nella successione campionata, ha con- sentito di ricostruire nel dettaglio l’assetto stratigrafico della successione tardo-quaternaria della baia di Miseno, nel Golfo di Pozzuoli, che rappresenta un setto- re sommerso del distretto vulcanico dei Campi Flegrei (Fig.3). In particolare, l’area del porto di Miseno è carat- terizzata da una successione olocenica espansa, che è stata investigata fino ad una profondità massima di 40 m, e risulta costituita da una successione di sabbie marine più o meno limose con abbondante frazione vul- canoclastica ed intercalazioni di livelli o strati di depositi piroclastici rappresentati prevalentemente da pomici. Lo studio delle campionature, condotto sia sulla base delle caratteristiche litologiche ricavate dalla descrizione dei log di carotaggio, sia utilizzando i risulta- ti dell’analisi granulometrica dei campioni in laboratorio, ha consentito di riconoscere cinque unità litostratigrafi- che principali che dal basso verso l’alto sono state distinte con lettere E-A (Figg. 3 e 4). 6.1. Proprietà fisiche e meccaniche L’analisi delle proprietà fisiche dei campioni ha evidenziato valori piuttosto bassi del grado di saturazio- 18 Insinga et al. GGrraannuulloommeettrriiaa ((%% iinn ppeessoo)) PPeessoo ssppeecciiffiiccoo PPeessoo ddii GGrraaddoo ddii SSoonnddaaggggiioo CCaammppiioonnee PPrrooffoonnddiittàà UUmmiiddiittàà ddeeii ggrraannuullii vvoolluummee PPoorroossiittàà ssaattuurraazziioonnee ((nn°°)) ((nn°°)) ((mm)) Ghiaia Sabbia Limo + Argilla ww ((%%)) γγss ((11EE++0033 KKgg//mm33)) γγ ((kkNN//mm33)) nn ((%%)) SS ((%%)) 1 1 8,0-8,5 3,22 92,98 3,79 36,13 2,518 17,289 48,58 0,96 1 2 11,5-12.0 48,68 33,43 17,87 46,98 2,481 15,847 55,66 0,92 1 3 18,0-18,4 38,43 33,21 28,35 75,54 2,487 13,631 68,15 0,87 1 4 25,0-25,6 13,47 63,07 23,45 37,68 2,524 18,093 46,90 1,00 1 5 29,0-29,5 0,13 90,65 9,20 38,20 2,552 16,759 51,54 0,91 2 1 6,0-6,4 0,95 92,90 6,13 29,25 2,513 16,573 47,95 0,79 2 2 11,0-11,5 41,9 50,8 7,28 25,80 2,486 15,847 48,32 0,68 2 3 18,0-18,6 3,65 87,09 9,25 40,64 2,467 16,308 52,07 0,92 2 4 26,0-26,5 14,81 62,30 22,87 41,99 2,384 14,778 55,49 0,80 2 5 30,0-30,5 4,06 91,82 4,11 21,58 2,521 19,034 36,66 0,93 3 1 6,0-6,5 0,78 86,58 12,63 26,69 2,491 19,034 38,51 1,00 3 2 10,0-10,6 31,59 63,86 4,54 19,01 2,495 14,641 49,71 0,47 3 3 17,5-17,8 8,73 83,50 7,76 39,27 2,548 17,279 50,34 0,98 3 4 24,5-25,0 0,65 95,57 3,76 56,61 2,384 15,514 57,37 0,99 3 5 29.0-29,3 0,4 88,92 10,66 54,71 2,353 15,592 56,31 0,99 4 1 6,0-6,5 5,54 91,28 3,16 18,73 2,510 14,670 49,81 0,47 4 2 11,0-11,5 21,16 71,58 7,24 26,55 2,478 15,690 48,96 0,68 4 3 18,0-18,6 0,59 95,85 3,54 32,43 2,524 17,416 47,17 0,91 4 4 25,0-25,6 3,98 86,03 9,71 40,98 2,300 15,926 49,89 0,94 4 5 31,0-31,5 0,84 93,46 5,66 22,52 2,523 18,750 37,88 0,93 5 1 4,0-4,5 2,78 94,10 3,10 22,37 2,622 17,563 44,16 0,74 5 2 11,0-11,5 8,17 87,48 4,33 51,03 2,413 15,475 56,69 0,94 5 3 18,0-18,6 3,53 80,87 15,59 35,19 2,507 17,278 48,02 0,95 5 4 25,0-25,5 7,14 79,68 13,17 37,20 2,522 16,709 50,84 0,90 5 5 37,0-37,5 42,33 43,17 14,9 24,65 2,486 17,769 41,52 0,86 Tab. 3 - Risultati delle prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà fisiche dei campioni MGF. Summary of main physical properties of samples MGF as determined in laboratory. 19Stratigrafia e caratteristiche fisiche... SSoonnddaaggggiioo CCaammppiioonnee PPrrooffoonnddiittàà AAnnggoolloo ddii aattttrriittoo CCooeessiioonnee ((nn°°)) ((nn°°)) ((mm)) ϕϕ ((°°)) cc ((kkPPaa)) 1 1 8,0-8,5 38 18,0 1 2 11,5-12.0 33 0,0 1 3 18,0-18,4 36 8,0 1 4 25,0-25,6 37 14,0 1 5 29,0-29,5 36 15,0 2 1 6,0-6,4 35 2,0 2 2 11,0-11,5 39 1,0 2 3 18,0-18,6 38 10,0 2 4 26,0-26,5 30 0,0 2 5 30,0-30,5 40 17,0 3 1 6,0-6,5 39 7,0 3 2 10,0-10,6 33 0,0 3 3 17,5-17,8 37 4,0 3 4 24,5-25,0 41 4,0 3 5 29.0-29,3 36 0,0 4 1 6,0-6,5 35 0,0 4 2 11,0-11,5 36 4,0 4 3 18,0-18,6 36 0,0 4 4 25,0-25,6 36 0,0 4 5 31,0-31,5 34 0,0 5 1 4,0-4,5 35 0,0 5 2 11,0-11,5 36 2,0 5 3 18,0-18,6 39 3,0 5 4 25,0-25,5 35 0,0 5 5 37,0-37,5 36 0,0 GGrraaddoo ddii PPeessoo ddii AAnnggoolloo ddiiPPoorroossiittàà ssaattuurraazziioonnee vvoolluummee aattttrriittoo CCooeessiioonneenn ((%%)) SS ((%%)) γγ ((kkNN//mm33)) ϕϕ ((°°)) cc ((kkPPaa)) A Sabbie fini 49,81 0,47 14,71 35,00 0,0 limose B Sabbie medio- grossolane incoerenti 47,87 0,78 15,62 36,38 4,2 C Pomici eterometriche in matrice pozzolanica 59,25 0,93 15,54 36,50 6,0 D Sabbie limose pozzolaniche 50,48 0,93 16,67 36,50 6,6 E Sabbie grossolane ghiaiose 39,70 0,90 18,24 35,00 0,0 Tab. 4 - Risultati delle prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà meccaniche dei campioni MGF. Mechanical properties of samples MGF as determined in laboratory. Tab. 5 -Medie aritmetiche dei risultati delle prove di laboratorio per la determinazio- ne delle principali proprietà fisiche e meccaniche dei campioni MGF espresse in fun- zione delle unità litostratigrafiche riconosciute . Arithmetic mean of main physical and mechanical properties of samples MGF plot- ted against lithostratigraphic units. UUnniittàà lliittoossttrraattiiggrraaffiicchhee ne S e dei pesi di volume γ da porre pro- babilmente in relazione sia ad un lieve grado di cementazione dello scheletro vetroso, che può avere talora sensibil- mente ridotto la porosità efficace dei sedi- menti, che alla natura vulcanoclastica dei depositi. I pesi specifici reali sono stati determinati attraverso l’uso di picnometri collegati con pompa a vuoto. In molti casi, dati i valori bassi del grado di saturazione S, si è fatto riferimento alla porosità, inve- ce che al peso di volume γ, per valutare lo stato di addensamento dei depositi. I risultati delle prove per la determi- nazione delle caratteristiche meccaniche, o di parametri ad esse correlabili, quali il numero di colpi N SPT della Standard Penetration Test, sono piuttosto disomo- gei, fatta eccezione per la coesione c la quale è risultata sempre piuttosto bassa, in tutte le unità campionate, nonostante un certa tendenza dei depositi piroclastici pozzolanici a presentare una debole cementazione in ambiente diagenetico marino. A tale proposito va ricordato che il minimo disturbo arrecato al sedimento durante le fasi di prelievo dei campioni danneggia le tessiture sedimentarie, distruggendo conseguentemente il tenue scheletro vetroso che conferisce, invece, una certa consistenza ai sedimenti in sito. A ciò, oltre che alla scarsa cernita ed alta variabilità granulometrica dei depositi vul- canoclastici, deve probabilmente imputar- si anche l’elevata dispersione delle misure di NSPT che hanno evidenziato valori molto elevati o a rifiuto. Le prove di taglio sono state effet- tuate con tre provini per ogni determina- zione, imponendo pressioni verticali rispettivamente di 150 kPa, 300 kPa e 450 kPa. I risultati di queste prove hanno fornito valori dell’angolo di attrito ϕ nor- malmente proporzionali alle dimensioni medie dei granuli costituenti il sedimento. 6.2. Analisi di facies e stratigrafia L’analisi delle associazioni di litofa- cies della successione in studio indica ambienti deposizionali di transizione (spiaggia sommersa, laguna costiera) di bassa energia, dove la circolazione ristret- ta e l’assenza di moto ondoso e forti cor- renti lungo costa favoriscono l’accumulo dei depositi con frazione fine relativamen- te abbondante. La successione stratigrafica investi- gata evidenzia un’evoluzione generale trasgressiva, localmente interrotta da due brevi fasi regressive probabilmente colle- gate ad un rapido accumulo (giacitura pri- maria) e/o trasporto (con parziale rima- neggiamento) di depositi piroclastici che terminano con la formazione di due livelli di torba, denominati rispettivamente t1 e t2 (Fig. 3). In particolare, il rapido accumulo delle piroclastiti dell’unità C (Insinga et al., 2001), che può raggiungere uno spessore di 5 m (sondaggio MGF 1), e la conse- guente diminuzione dello spazio di accomodamento disponibile per i sedimenti, determinano il passaggio da condizioni di spiaggia sommersa (Unità B) a condizioni tipiche di ambiente meno profondo (unità D). Tale pas- saggio avviene attraverso una fase di transizione in cui predominano processi di alterazione tipici di ambiente vadoso e/o subaereo, testimoniati dalle frequenti tracce e patine di ossidazione che caratterizzano i primi metri dell’unità C. Ulteriore evidenza a sostegno di episodi regressivi è data proprio dallo sviluppo dei livelli torbosi i quali sug- geriscono brevi episodi di emersione con formazione di insenature o lagune costiere effimere che poi evolvono nuovamente ad ambienti di spiaggia sommersa. Successioni di questo genere, con depositi di transizio- ne o continentali intercalati a sedimenti marini, sono tipi- che di zone costiere in aree vulcaniche attive (Lajoie & Stix, 1992). Nel corso dei carotaggi sono stati campionati due livelli di torba, t1 e t2, rispettivamente nei sondaggi MGF 3 (profondità 9 m, unità D) e MGF 1 (profondità 31 m, al passaggio tra le unità A e B). I campioni di torba hanno fornito età radiometriche ( 14C) di 3560±40 anni e 7815±55 anni rispettivamente, e risultano pertanto cor- relabili con due paleosuoli che testimoniano a terra fasi di quiescenza dell’attività vulcanica dei Campi Flegrei. In particolare, l’orizzonte t2 si correla con il paleosuolo B (8,2-4,8 ka, Di Vito et al., 1999) o paleosuolo P3 (8,0- 4,6 ka, Rosi & Sbrana, 1987), mentre l’orizzonte t1 è correlabile alla fase di quiescenza dell’attività vulcanica tra l’eruzione di Senga (3,7 ka, Ghiara, 1990) e quella di Monte Nuovo (1538 A.D., Rosi & Sbrana, 1987). Nessuno dei carotaggi effettuati ha raggiunto il substrato tufaceo (ca 11000 anni) che pure si rinviene estesamente in affioramento nelle aree circostanti il Porto di Miseno. Ciò suggerisce per l’area di studio ele- vati tassi di sedimentazione durante l’Olocene superio- re, da porsi probabilmente in relazione ai processi di subsidenza e di collasso vulcano-tettonico di aree discrete del settore occidentale dei Campi Flegrei, di cui la piattaforma interna del Golfo di Pozzuoli rappresenta il settore sommerso (Colantoni, 1972; Pescatore et al., 1984; Milia, 1998). Quest’osservazione, associata alle determinazioni delle età assolute dei livelli di torba t1 e t2, intercalati ai depositi di Porto Miseno, indica che la base della successione carotata ha un’età probabilmen- te compresa tra 9.000-10.000 anni. Una stima dei tassi di sedimentazione medi, negli intervalli di tempo compresi all’incirca tra 8.000 e 3.600 anni e tra 3.600 anni e l’attuale, calcolati in base agli spessori stratigrafici delle unità inferiori (A e B) e supe- riori (D ed E) del sondaggio MGF 1, conduce a valori di 3.5 m/ka e di 2.2 m /ka, rispettivamente. Se si ammette che i tassi di sedimentazione misurati rappresentino in qualche modo il riflesso della variabilità dei volumi di materiale vulcanoclastico disponibili per l’apporto sedi- mentario in ambiente costiero, si può avanzare l’ipotesi che il valore inferiore del tasso di sedimentazione regi- strato nella parte alta della successione (unità D ed E) sia conseguenza dello scarso apporto di sedimenti vul- canoclastici nell’area per l’assenza di manifestazioni eruttive durante gli ultimi 3.6 ka. La successione olocenica di Porto Miseno può essere tentativamente correlata con altri depositi marini tardo-quaternari già descritti in letteratura lungo la fascia costiera dei Campi Flegrei. In particolare, l’unità A, e le unità B-C e D-E, discusse in questo lavoro, ben si corre- lano rispettivamente con le unità sismostratigrafiche G1, G2 e G3, individuate nel settore centrale ed in quello orientale della piattaforma continentale del Golfo di Pozzuoli (Milia, 1996; 1998; Milia & Torrente, 2000). Una correlazione possibile con successioni affioranti a terra è individuabile, inoltre, nei depositi del terrazzo marino de “La Starza” presso Pozzuoli dove la succes- sione olocenica è stata sollevata di circa 40 m al di sopra del livello del mare durante gli ultimi 4000 anni (Cinque et al., 1985; Barra, 1991). 77.. RRIINNGGRRAAZZIIAAMMEENNTTII Si ringraziano il Corpo della Guardia di Finanza per l’assistenza ed il supporto logistico fornito durante le operazioni di carotaggio sul molo e nello specchio d’ac- qua antistante la Stazione Navale di Porto Miseno nel Comune di Bacoli (Na) ed i dott. Alessandro Conforti e Gennaro Sarnacchiaro per l’attiva collaborazione offerta durante le operazioni di carotaggio e nella stesura delle singole stratigrafie. Gli autori sono grati inoltre a tutti i ricercatori e tecnici dell’Istituto di Ricerca del CNR Geomare Sud di Napoli che, a vario titolo, hanno reso possibile lo svolgimento di questo lavoro ed all’ing. Armando Simonelli che ha fornito utili consigli per un corretto inquadramento dell’analisi ed interpretazione dei dati geotecnici. Si desidera ringraziare ancora il Prof. Aldo Cinque ed un revisore anonimo per i preziosi suggerimenti e spunti forniti in sede di revisione critica del manoscritto. Le analisi delle proprietà fisiche e meccaniche condotte su campioni indisturbati sono state eseguite dal laboratorio ufficiale “Geologia Tecnica” di Salerno. Le determinazioni delle età assolute con il metodo del radiocarbonio (14C) dei campioni di torba sono state effettuate presso il laboratorio “ISOTOPTECH” di Debrecen, Ungheria. 88.. LLAAVVOORRII CCIITTAATTII Aiello G., Budillon F., Cristofalo G., D’Argenio B., de Alteriis G., De Lauro M., Ferraro L., Marsella E., Pelosi N., Sacchi M., Tonielli R., (1999): Marine geology and morphobathymetry in the Bay of Naples, CONISMA, Spec.Vol. on the Int. Cong. “Diversità e cambiamenti”, Ischia, october 1998, Springer-Verlag. Aiello G., Budillon F., D’Argenio B., de Alteriis G., De Lauro M., Ferraro L., Insinga D., Marsella E., Molisso F., Pelosi N., Sacchi M., Tonielli R. (2001): Nuovi dati sulla morfologia sottomarina e sedimentazione recente nel Golfo di Napoli (Tirreno meridionale), “Geologia Ambientale”, volume speciale, in stampa. Alessio M., Allegri L., Antonioli F., Belluomini G., Improta S., Manfra L., Martinez M.P. (1994): La curva di risalita del Mar Tirreno negli ultimi 40 ka 20 Insinga et al. ottenuta mediante datazioni di speleotemi som- mersi e dati archeologici, Memorie Descrittive della Carta Geologica d’Italia, LLIIII, 261-275. 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