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TETTONICA FRAGILE E APPLICAZIONI DI TERRENO

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Brittle tectonics and field applications

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
STE0119
Docente
Andrea Festa (Titolare)
Corso di studio
Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche Applicate
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
GEO/03 - geologia strutturale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Consigliata
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti

Conoscenze acquisite nei corsi della Laurea di primo livello e in
particolare: nozioni di geologia strutturale, geologia applicata,
stratigrafia, geologia regionale e di rilevamento geologico.

Knowledge acquired during Bachelor’ degree with particular attention to concepts of: structural geology, applied geology, stratigraphy, regional geology and geological mapping.
Propedeutico a

Indagini geologico-tecniche
Geologia economica
Sismologia e meccanica dei terremoti
Risposta sismica locale e stabilità dei pendii

Geological field investigation
Economic geology
Seismology and Earthquake Mechanics
Local Seismic Site Response and Slope stability
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone di fornire gli strumenti teorici e pratici per una conoscenza approfondita delle caratteristiche geometriche di elementi strutturali fragili (faglie e zone di relay associate), finalizzata ad applicazioni pratiche che spaziano dalla geologia-strutturale di base (es., geometria ed evoluzione 2D e 3D di una zona di faglia, relazioni tettonica e sedimentazione ed evoluzione di bacini stratigrafici) alle sue applicazioni pratiche (es., caratterizzazione e distribuzione del campo di sforzi in un ammasso roccioso, migrazione dei fluidi, caratterizzazione di reservoir di idrocarburi).
I contenuti proposti all’interno dell’insegnamento concorrono al raggiungimento degli obiettivi formativi della Laurea Magistrale per quanto riguarda gli aspetti sia di ricerca che applicativi della geologia-strutturale. In particolare, le esercitazioni pratiche svolte durante l’insegnamento permettono di acquisire capacità pratiche di analisi e caratterizzazione strutturale di zone deformate da tettonica fragile, necessarie a una corretta comprensione e ricostruzione di modelli geologici e geologico-strutturali applicabili sia al campo della ricerca che a quello applicativo geotecnico-ingegneristico.

The teaching is aimed at providing both theoretical and practical tools for a deep knowledge of geometrical characteristics of brittle structural features (faults and related relay zones), which are finalized to different types of practical applications ranging from the basic structural geology (e.g., 2D-3D geometry and evolution of fault zones, tectonics and sedimentation relationships, and evolution of stratigraphic basins) to applied geotechnical-engineering geology (e.g., definition and distribution of the field strain with a rock mass, fluid migration, hydrocarbon reservoir characterization). Contents of the teaching are preparatory to fully achieve educational scopes of the Master’ degree, concerning both research and applicative aspects of the structural geology. Practical field activity will allow to acquire practical abilities in the structural analysis and characterization of brittle deformation zones. These abilities are necessary for a correct understanding and definition of geological and structural-geological models, and their application to both basic and applied geotechnical-engineering research.   

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Risultati dell'apprendimento attesi



Conoscenza e capacità di comprensione

  • Capacità di riconoscere e interpretare le principali strutture geologiche fragili dalla mesoscala alla macroscala.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Capacità pratiche di caratterizzazione strutturale di zone deformate da tettonica fragile (realizzazione di stazioni di misura strutturale).

Autonomia di giudizio

  • Capacità di interpretare i dati raccolti in campo a fini sia di ricerca che applicativi di tipo geotecnico-ingegneristico.

Abilità comunicative

Capacità di apprendimento

  • Capacità di trasferire le conoscenze geologico-strutturali alla geologia applicata.

Capacità di apprendimento

  • Alla fine di questo insegnamento le capacità di apprendimento attese sono il riconosciemento e l'interpretazione di strutture geologiche fragili dalla meso alla macroscala e trasferire tali conoscenze alla geologia applicata.

Knowledge and understanding

  • Ability in recognizing and interpreting the main brittle geological features from meso- to macro-scale

Ability in applying knowledge and understanding

  • Practical ability in the structural characterization of brittle deformation zones

Autonomy in making judgments

  • Ability in interpreting field data for both research and geotechnical-engineering applications

Communication skills

  • Ability in transferring structural geology knowledges to the engineering geology

Learning skills

  • It is expected to have acquired the appropriate knowledge in recognizing and interpreting brittle geological features from meso- to macro-scale, and in transferring structural geology knowledges to the engineering geology
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Programma

Introduzione all’insegnamento. Significato di tettonica fragile e diverse tipologie di applicazioni pratiche. Possibili approcci, a fini di ricerca e applicativi, all’analisi di un volume roccioso interessato da deformazioni disgiuntive. Concetto di scala e di associazione strutturale. Richiami alle relazioni stress-strain. Principi della meccanica della deformazione.

Sistemi di faglie e zone di relay. Caratteristiche di un sistema di faglie in pianta e in sezione. Geometria 3D e distribuzione del rigetto. Variazioni del rigetto e sua conservazione. Segmentazione delle faglie. Zone di relay e processi di trasferimento dei rigetti. Evoluzione delle zone di relay e processi di diramazione. Importanza delle zone di relay nella migrazione dei fluidi.

Evoluzione di un sistema di faglie (dalla nascita alla morte). Architettura di una faglia. Rocce di faglia e curva spessore-rigetto. Modello geometrico di crescita di una zona di faglia. Curva rigetto-lunghezza. Confronto tra il modello tradizionale di crescita di una faglia e modelli alternativi. Fine del ciclo di propagazione di una faglia. Relazioni tra reologia e geometria e propagazione di una faglia (esempi in successioni argillose, arenacee, carbonatiche e in diverse tipologie di rocce cristalline).

Struttura 3D di faglie e loro evoluzione. Concetti di orientazione e senso di sovrapposizione di zone di relay. Diramazione delle zone di relay in 3D. Controllo della reologia e della deformazione polifasica nella geometria 3D. Variabilità della geometria 3D alla scala dell’affioramento.

Esercitazioni in campo finalizzate all’analisi strutturale di una zona di faglia e in differenti contesti geologici e deformativi.

Esercitazione di laboratorio finalizzate all’interpretazione del significato geologico e geometrico dei dati raccolti sul terreno tramite software dedicati e loro restituzione digitale.

Significato geologico della tettonica fragile: Relazioni tettonica e sedimentazione. Controllo della crescita di faglie e della geometria ed evoluzione delle zone di relay sulla sedimentazione. Esempi a diverse scale di osservazione, dalla scala dell’affioramento a quella dei bacini sedimentari. Osservazioni in sezione (affioramenti e linee sismiche) e in pianta (carte geologiche).

Esercitazione di laboratorio finalizzate all’interpretazione delle relazioni tettonica-sedimentazione dei dati raccolti sul terreno.

Significato applicativo della tettonica fragile: vincoli geologici alla caratterizzazione di ammasso roccioso. Controllo della geometria 3D di faglie e zone di relay nella distribuzione del campo di sforzi in un ammasso roccioso. Significato pratico per la migrazione dei fluidi e la ricerca di idrocarburi.

Esercitazione di laboratorio finalizzate all’interpretazione del significato applicativo dei dati raccolti sul terreno.

Lavoro individuale per la realizzazione dell’elaborati relativi ai dati raccolti nelle esercitazioni in campo.

Introduction. Brittle tectonics and different types of practical applications. Different practical and theoretical approaches to the analysis of a rock mass with disjunctive deformation. Concept of scale of observation and structural association. Stress-strain relationships. Principles of the mechanics of deformation.

Fault systems and relay zones. Fault analysis on horizon maps and on cross-sections. Fault 3D shape and displacement distribution. Throw partitioning. Fault segmentation. Relay zones and displacement transfer processes. Relay zone evolution and breaching processes. Impact of relay zones on fluid flow.

Evolution of a fault system (from birth to death). Fault architecture. Fault rocks and thickness vs. displacement curve. Geometric model of fault zone growth. Displacement vs. length curve. Comparison between traditional fault growth model vs. alternative models. The death of fault propagation cycle. Relationships between geometry and fault propagation (examples from clayey, sandy and carbonate successions, and from different types of crystalline rocks).

3D fault structure and evolution. Concepts of relay zone type, orientation, and sense of stepping. Relay zone breaching in 3D. Rheological and polyphasic deformation controls on relay zone 3D geometry. Variability on 3D fault structure at outcrop scale.

Practical field activity aimed at the structural analysis of a fault zone in different geological and deformational settings.

Practical laboratory activity aimed at the interpretation and elaboration through specific software of the geological and geometrical significance of data collected on field, and their digital rendering.

Geological significance of brittle tectonics: Tectonics and sedimentation relationships. Role of fault growth, relay fault geometry and their evolution on sedimentation through examples at different scales (from the outcrop to the basin scale). Observations in cross section (from outcrops to seismic lines) and in map (geological maps) view.

Practical laboratory activity aimed at the interpretation of tectonics and sedimentation relationships of data collected on field.

Practical significance of brittle tectonics: geological constraints to the mechanical/geotechnical characterization of rock masses. Control of the 3D geometry of relay zones in the distribution of the strain field. Practical significance of relay zone for fluid migration and petroleum geology.

Practical laboratory activity aimed at the interpretation of the practical (geotechnical – engineering) significance of data collected on field.

Individual activity aimed at elaborating data collected on field.

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Modalità di insegnamento

La metodologia didattica impiegata consiste in:

  • Lezioni frontali (N. ore): 24 (3 CFU)
  • Esercitazioni di laboratorio (N. ore): 16 (1 CFU)
  • Esercitazioni in campo (N. ore): 32 (1,3 CFU)
  • 16 ore (0,7 CFU) individuali per la realizzazione dell’elaborato relativo ai dati raccolti nelle esercitazioni in campo

The teaching methodology employed consists of:

  • Frontal teaching (N. hours): 24 (3 CFU)
  • Laboratory exercises (N. hours): 16 (1 CFU)
  • Field exercises (N. hours): 32 (1,3 CFU)
  • 16 free hours (0,7 CFU) to individually realize the report of data collected during field exercises.

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Relazione orale (con l’ausilio di presentazione Power Point) sui dati raccolti durante le esercitazioni in campo, approfonditi in modo individuale. La relazione ha una durata di 20' ed è seguita da una discussione sui contenuti della relazione stessa e/o su tutti i temi sviluppati nell’insegnamento. Il giudizio finale terrà anche conto della capacità di esporre il tema scelto nei tempi previsti. Nell’insieme, la prova orale è volta ad accertare l’acquisizione delle conoscenze della tettonica fragile, con particolare attenzione a:
(i) capacità di riconoscimento e ricostruzione in 2D e 3D di faglie e zone di relay e loro evoluzione spazio-temporale,
(ii) capacità di realizzare una corretta caratterizzazione strutturale in campo di zone deformate da tettonica fragile,
(iii) interpretare in modo corretto i dati geologico-strutturali raccolti,
(iv) applicare in modo critico e pratico le tecniche di analisi dei dati geologico-strutturali alla comprensione e risoluzione di problematiche sia geologiche (es., analisi di bacini e relazioni tettonica-sedimentazione) che applicative (es. caratterizzazione e distribuzione del campo di sforzi in un ammasso roccioso, caratterizzazione di reservoir di idrocarburi),
(v) capacità di correlare dati geologico-strutturali e applicativi.
È richiesta la partecipazione alle esercitazioni in laboratorio e in campo in quanto il materiale prodotto durante queste attività sarà discusso durante la prova di esame e concorrerà alla valutazione finale dell’apprendimento.

Oral report (Power Point presentation) on data collected during field exercises and improved individually (20 minutes). Discussion on the report content and/or the teaching content. The oral report is aimed at evaluating that an extensive knowledge of brittle tectonics has acquired, with particular attention to: (i) recognize and reconstruct 2D and 3D relay zones and their time and space evolution; (ii) realize a correct structural field characterization of a brittle deformed zone; (iii) correctly interpret geological-structural data collected on field; (iv) critically and practically apply the geological and structural analytical techniques for a correct interpretation and resolution of both geological (e.g., basin analysis and tectonics and sedimentation relationships) and geotechnical – engineering (e.g., definition of the field strain of rock masses, hydrocarbon reservoirs); (V) correlate geological and geotechnical-engineering data. Attending to field and laboratory exercises is highly suggested because data collected during these activities will be discussed for the final evaluation of the student.

 

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Attività di supporto

  • Strumentazione per le esercitazioni sul campo: bussole, carte geologiche e carte topografiche (Dipartimento di Scienze della Terra), lente di ingrandimento 10X (personale), quaderno di campagna (personale).
  • Strumentazione per le esercitazioni di laboratorio: computer con connessione di rete e videoproiettore, software open source, fotocopie e carta da lucido.

  • Equiments for field excercises: compass, geological and topographic maps (Department of Earth Sciences), magnifing lens 10X (student), field book (student).
  • Equiments for laboratory excercises: computer with internet access, videoprojector, sofware open source.

Testi consigliati e bibliografia

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Il materiale didattico verrà fornito a lezione e sarà disponibile sul sito del Corso di Laurea.

Testi consigliati per l’insegnamento: “Structural Geology of rocks and regions” by Davis G., H., and Reynolds, S., J. (published by John Wiley & Sons)
“The mapping of geological structures” by Ken McClay (published by John Wiley & Sons)
“Structural Geology” by R.J. Twiss and E.M. Moores (published by Freeman and Company, New York)
“The Techniques of Modern Structural Geology, Vol. 1: Strain analysis” by Ramsay, J., G., and Huber, M., I. (published by Pergamon Press, London)

PDF files with slides used during both lectures and practicals are available at the Course website.  

Suggested textbooks include:

 “Structural Geology of rocks and regions” by Davis G., H., and Reynolds, S., J. (published by John Wiley & Sons)
“The mapping of geological structures” by Ken McClay (published by John Wiley & Sons)
“Structural Geology” by R.J. Twiss and E.M. Moores (published by Freeman and Company, New York)
“The Techniques of Modern Structural Geology, Vol. 1: Strain analysis” by Ramsay, J., G., and Huber, M., I. (published by Pergamon Press, London)

 


Registrazione
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    15/09/2023 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    15/12/2023 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 24/10/2023 12:11
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