Interazione fluido-roccia e processi di cementazione: analisi mineralogica e strutturale dei meccanismi di fault healing presso la Cava del Passo della Borcola

Faults are dynamic systems that, following a coseismic rupture event, progressively recover their mechanical strength and cohesion through processes defined as fault healing. This thesis work analyzes fluid-rock interaction and cementation processes along fault planes exposed at the Cava del Passo della Borcola, adopting a multi-scale approach: from macroscopic structural observations to detailed mineralogical investigation. In order to identify the mineral phases responsible for the welding of cataclasites and fault breccias, three representative samples (GP1, GP2, GP3) were analyzed using Raman spectroscopy. The data obtained testify to the presence of multiple cycles of faulting and cementation, highlighting a clear chemical evolution of the circulating fluids. The results show an initial cementation phase dominated by dolomite precipitation, which constitutes the prevailing structural healing factor in the recovery of mechanical cohesion. Associated with this phase is the precipitation of carbonaceous material and goethite, which act exclusively as accessory sealing agents of micro-porosity. The evolution of the system concludes with the transition to calcitic fluids: Raman spectroscopy reveals that calcite is closely connected to the matrix of a red cataclasite (sample GP3), which represents the last recorded deformation event, definitively welding the fragments of the polychrome breccia. In conclusion, the study demonstrates how carbonate cementation represents the primary driver of fault healing in the analyzed system, highlighting how the progressive transition from dolomitizing to calcitic fluids actively controls the architecture and life cycle of the fault zone.

Le faglie sono sistemi dinamici che, a seguito di un evento di rottura cosismica, recuperano progressivamente la propria resistenza meccanica e coesione attraverso processi definiti di fault healing. Questo lavoro di tesi analizza l'interazione fluido-roccia e i processi di cementazione lungo i piani di faglia esposti presso la Cava del Passo della Borcola, adottando un approccio multiscala: dalle osservazioni strutturali macroscopiche fino all'indagine mineralogica di dettaglio. Al fine di identificare le fasi mineralogiche responsabili della saldatura delle cataclasiti e delle brecce di faglia, tre campioni rappresentativi (GP1, GP2, GP3) sono stati analizzati tramite spettroscopia Raman. I dati ottenuti testimoniano la presenza di cicli multipli di fagliamento e cementazione, evidenziando una chiara evoluzione chimica dei fluidi circolanti. I risultati mostrano una fase iniziale di cementazione dominata dalla precipitazione di dolomite, che costituisce il fattore prevalente di healing strutturale nel recupero della coesione meccanica. A questa fase è associata la precipitazione di materiale carbonioso e goethite, i quali agiscono esclusivamente come sigillanti (sealing) accessori delle micro-porosità. L'evoluzione del sistema si conclude con il passaggio a fluidi calcitici: la spettroscopia Raman rivela infatti che la calcite è strettamente connessa alla matrice di una cataclasite rossa (campione GP3), la quale rappresenta l'ultimo evento di deformazione registrato, che va a saldare in modo definitivo i frammenti della breccia policroma. In conclusione, lo studio dimostra come la cementazione carbonatica rappresenti il motore principale del fault healing nel sistema analizzato, evidenziando come la progressiva transizione da fluidi dolomitizzanti a fluidi calcitici controlli attivamente l'architettura e il ciclo di vita della zona di faglia.