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pagg. 137-157, 8 ff., 4 tabb.
A. BENCINI (*), V. DUCHI C,), P . PALLECCHI C)
DISTRIBUZIONE DI ALCUNI ELEMENTI METALLICI
IN ROCCE INTRUSIVE, METAMORFICHE E SEDIMENTARIE
DELL'AREA MINERALIZZATA DI CASTEL DI PIETRA
(GROSSETO)
Riassunto - Sono stati determinati mediante spettro fotometria di assorbimento
atomico i tenori di Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Pb e Zn in 13 campioni di rocce intrusive
e filoniane, in 15 campioni di rocce cornubianitiche e 20 campioni di rocce sedimentarie, provenienti da tre sondaggi perforati presso Castel di Pietra. I risultati, ottenuti mediante tre attacchi differenziati (H Cl 3N, acqua regia, HCI0 4 + HF), vengono
considerati sondaggio per sondaggio e confrontati fra di loro lungo tutta la sequenza
stratigrafica. Il microgranito di Castel di Pietra (rappresentato soltanto nel sondaggio S2), risulta impoverito rispetto alla quarzomonzonite in Fe (rispettivamente
1,41% e 2,52%); arricchito invece in Zn (85 ppm; 61 ppm) e Pb (70 ppm; 57 ppm).
Il filone quarzoso affiorante a Castel di Pietra (impostato lungo la faglia principale), che rappresenta il prodotto idrotermale conseguente l'evento magmatico, è
arricchito in tutti gli elementi metallici determinati; in particolare a tetto del filone
si evidenziano concentrazioni a Cu, Pb e Zn, al letto (nella zona di frizione) concentrazioni prevalentemente a Ca, Mg, Fe e Mn.
Inoltre la variabilità nella distribuzione degli elementi nelle rocce cornubianitiche, confermano la genesi di carattere idrotermale delle mineralizzazioni di Castel
di Pietra; idrotermalismo legato al magmatismo mio-pliocenico e al processo termometamorfico ad esso conseguente.
Abstract - Distribution of some metallic elements in intrusive, metamorphic
and sedimentary rocks trom mineralized area ot Castel di Pietra (Grosseto). Ca, Mg,
Fe, Mn, Cu, Pb and Zn contents in rocks from three drillings in the area of Castel
di Pietra were determined. 13 samples of intrusive and dike rocks, 15 samples of
hornfelses, and 20 samples of sedimentary rocks were treated with three reactans:
(*) Istituto di Mineralogia, Petrografia e Geochimica dell'Università di Firenze CNR - Centro di Studio per la Mineralogia e la Geochimica dei Sedimenti - Firenze.
138
BENCINI A. - DUCHI V. - PALLECCHI P.
HCI 3N, aqua regia, and HCI0 4 + HF. The elements were then determined in the
extracted solutions by atomic absorption spectrophotometry. The Castel di Pietra
microgranite - found in one drilling only - is deplated in Fe (1,41% against 2,52%)
and enriched in both Zn (85 ppm against 61 ppm) and Pb (70 ppm against 57 ppm)
with respect to the associated quartzmonzonite stocks.
The quartz vein emplaced along the main fault of the area, cropping out at
Castel di Pietra, and representing an hydrotermal event following magmatic activity,
shows a marked zonality in metal content: near the top contact with the country
rocks, Cu, Pb and Zn are especially concentrated, whereas the botton contact, marked by a brecciated zone, is enriched mostly in Ca, Fe, Mg and Mn. Distribution of
studied elements within hornfelses is variable, collected data are in agreement with
the ori gin of the mineralization at Castel di Pietra from an hydrotermal event
following magmatic activity and thermal metamorphism in the area.
Key words -
Che mica l analysis, geochemistry prospecting, metallogenesis.
Introduzione
Questo studio geochimico sulla zona di Castel di Pietra, come
i lavori precedentemente realizzati nelle aree di Campiglia Marittima (DUCHI e SANTONI, 1978) e di Gavorrano (BENCINI et al., 1980),
si inquadra in quel programma di ricerca che ormai da anni ricercatori dell'Istituto di Mineralogia di Firenze stanno portando avanti
sulle mineralizzazioni della Toscana Meridionale.
Nell'area di Castel di Pietra affiorano diversi filoni quarzosi
ed in minore misura quarzoso-dolomitici mineralizzati a pirite e
solfuri di Cu-Pb-Zn, associati a dislocazioni tettoniche appenniniche che interessano formazioni di serie Toscana, flysch alloctoni
e sedimenti lacustri del Neoautoctono Toscano (ARISI ROTA e VIGHI,
1971). Questi filoni, ed in particolare il più potente di questi, il
cosiddetto «filone quarzo so-cuprifero di Castel di Pietra» sono
stati oggetto già prima ,d ella fine dell'800 di modesti lavori minerari (LOTTI, 1893 e 1910).
All'inizio degli anni '70 una campagna di ricerca mineraria
mediante sondaggi, eseguita nella zona, ha portato alla individuazione ad una profondità di circa 900 m di una cupola « granitica»
incassata entro la formazione quarzoso-filladica delle «Filladi di
Boccheggiano », la quale soggiace ai sedimenti in serie Toscana, dal
Calcare Cavernoso ai Diaspri. L'assetto geologico strutturale delle
zone di Castel di Pietra dedotto dai sondaggi è stato riportato da
MISI ROTA e VIGHI (1974), mentre uno studio petrografico dello
DISTRIB UZIONE DI ALCUNI ELEMENTI METALLiCi iN ROCCE ECC.
stock « granitico» è riportato da BORSI et al. (1979), i quali inoltre
datano a 4,3 M. a., mediante analisi Rb/Sr, l'età dell'intrusione.
La messa in posto dei filoni quarzo si mineralizzati di Castel
di Pietra, così come le altre mineralizzazioni a Cu-Pb-Zn tipo Valle
del Temperino, Fenice Capanne, Filone di Boccheggiano (CORSINI
et al., 1980; BURTET FABRIS e OMENETTO, 1971; ARISI ROTA e VIGHI,
1971), della Toscana Meridionale, sono associati per chiare evidenze
geologiche alla tettogenesi e magmatogenesi neogenica.
Non così chiara appare invece l'individuazione delle sorgenti
degli elementi metallogenici pesanti relativamente alla quale è
possibile formulare tre ipotesi: livelli crustali interessati ai fenomeni di anatessi; mineralizzazioni diffuse presenti nel Basamento
Toscano s.l.; corpi minerari a prevalente pirite, tipo Niccioleta, associati alle « Filladi di Boccheggiano» (BRALIA et al., 1979; TANELLI,
1977).
In questo quadro appare evidente come la situazione di Castel
di Pietra possa rappresentare per le sue caratteristiche geo giacimentologiche una rara occasione per portare un contributo alle
problematiche inerenti le metallogenesi a Cu-Pb-Zn della Toscana
Meridionale.
In questo lavoro sono riportati i contenuti in Ca, Mg, Fe, Mn,
Cu, Pb e Zn del «granito di Castel di Pietra» e di diversi litotipi che
lo incassano determinati su campioni delle carote di sondaggio
gentilmente messe a disposizione dalla RIMIN SpA e SOLMINE
SpA, che sentitamente ringraziamo.
Campionamento
Nella figura 1 è riportata la sezione geologica e la mappa pubblioata da ARISI ROTA e VIGHI (1974) in cui sono ubicati i tre sondaggi eseguiti nelle zone di Castel di Pietra e di cui abbiamo analizzato alcuni campioni di carote, come indicato nelle colonne stratigrafiche, riportati nelle figure 2, 3, 4 relativi ai tre sondaggi (SI,
S2, S3) .
In totale sono stati analizzati 48 campioni di rocce (prelevati
seguendo, per quanto possibile dalla disponibilità del materiale,
un criterio di rappresentatività litologica) così ripartiti:
Sondaggio SI: 4 campioni di rocce cornubianitiche, 1 campione
della zona di frizione (zff), 2 di roccia filoniana (zf), 2 di Flysch
Alloctono (f).
140
DUCHI V. - PALLECCHI P.
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Fig. 1 - In alto ubicazione dei sondaggi perforati. In basso sezione attraverso la
struttura di Gavorrano e Castel di Pietra (ripresa da Arisi Rota e Vighi, 1974).
Sondaggio S2: 6 campioni di rocce intrusive (4 di quarzomonzonite
e 2 di microgranito), 6 di cornubianiti, 3 di anidriti, 3 di calcare cavernoso, 3 di calcari silicizzati e 1 di Flysch Alloctono.
Sondaggio S3: 4 campioni di quarzomonzonite, 5 di cornubianiti,
6 di anidriti, 1 di calca'r e a Rhaethavicula contorta e 1 di calcare massiccio.
Trattamento dei campioni e metodologie analitiche
Tutti i campioni di rocce sono stati solubilizzati mediante
attacohi cloridrici e con acqua regia; inoltre sui campioni di rocce
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CAMPIONI 51
Fig. 2 - Colonna stratigrafica del sondaggio SI. I numeri con le frecce indicano
campioni prelevati e analizzati.
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campioni prelevati e analizzati.
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Fig. 4 - Colonna stratigrafica del sondaggio S3. I numeri con le frecce indicano
campioni prelevati e analizzati.
A
S
I
UUCHl V. - PALLECCHl P.
intrusive e cornubianitiche sono stati effettuati anche attacchi totali. Inoltre per alcuni campioni che presentavano abbondanti mineralizzazioni a pirite sono state effettuate separazioni con liquidi
pesanti, per ottenere informazioni, a carattere puramente indicativo, sulle quantità di elementi legati a mineralizzazioni a solfuri
e/o ossidi.
Attacchi cloridrici. Sono stati effettuati a 60°C su 1 g di campione con 30 mI di RCI 3N secondo la consueta metodologia seguita nei nostri laboratori. E' stato determinato per via ponderale
anche il residuo insolubile filtrando le soluzioni con filtri a setto
poroso tipo G4.
Attacchi con acqua regia (3 ReI + 1 RN0 3). Sono stati effettuati su 1 g di campione con 10 mI di acqua regia in forno a sabbia alla temperatura di 120°C, inizialmente per la durata di lO minuti, in seguito, dopo aggiunta di 20 mI di R 20 deionizzata, per
altri 20 minuti. Questo tipo di attacco è stato scelto per poter solubilizzare un maggior numero di ·minerali in particolare ossidi e
solfuri e valutare in modo più preciso le quantità di elementi ad
essi associati.
Attacchi totali Sono stati effettuati in crogioli di platino su
250 mg di campione in forno a sabbia a 90°C con 1 mI di RCI0 4
conco e 15 mI di RF secondo la procedura di routine (BENCINI et
al., 1980).
Separazione con liquidi pesanti. La separazione di alcuni campioni ricchi in pirite è stata fatta con bromoformio (p. sp. 2,84) in
palloni separatori dopo sbattimento. La polvere ottenuta dalla separazione è stata solubilizzata sia con RCI 3N che con acqua regia.
Sulle soluzioni ottenute dai diversi attacchi sono stati determinati mediante spettrofotometria di assorbimento atomico Ca,
Mg, Fe, Mn, Cu, Pb e Zn le cui precisioni e riproducibilità analitiche sono già state definite (BENCINI et al., 1980) .
Risultati analitici e loro discussione
I risultati analitici ottenuti dai tre attacohi differenziati (acido cloridrico, acqua regia e attacco totale) relativi ai campioni
studiati sono riportati nelle tabelle I, II e III; per una migliore
comprensione dei risultati medesimi ci è sembrato opportuno pren-
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TAB. 1 - Risultati analitici dei campioni appartenenti al sondaggio S 1
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DUCHI V. - PALLECCHI P.
dere in considerazione separatamente le analisi dei campioni appartenenti ai tre sondaggi.
Sondaggio SI. Il trattamento statistico dei dati ottenuti (tab.
IV) è stato effe ttuato ovviamente soltanto sui tipi litologici rappresentati da più di un campione, ma per alcuni di essi ha veramente scarsa signirficatività tenuto conto dell'esiguo numero dei
campioni trattati (2 per il litotipo f e 2 per quello zf) e dell'eterogeneità della distr1buzione degli elementi studiati. Oltre ai dati
statistici (tab. IV) servono i grafici riportati nelle figure 5, 6 e 7
che mostrano l'andamento della dist'r ibuzione e la concentrazione
degli elementi studiati in tutta la serie. Da tali grafici risulta chiaramente, così come dalla fig. 8, come nella zona di frizione (zff) vi
sia stata una mobilizzazione di tutti gli elementi analizzati con
prevalente concentrazione di Ca, Mg, Fe e Mn, mentre come nella
zona filoniana vi sia prevalente concentrazione di Cu, Pb e Zn
(v. figg. 5 e 8) . Tenori anomali di tutti gli elementi analizzati si
riscontrano anche in alcuni campioni cornubianitici (campione
SI 656 specialmente arricchito in Cu, Pb e Zn) che ci suggeriscono
!'ipotesi di una circolazione di fluidi ricchi in questi elementi, mobilizzati dall'intrusione, che abbia dato luogo a mineralizzazione
soltanto là dove si è spostata, probabilmente lungo fessurazioni della
roccia (non mostrando in effetti aloni di dispersione né positivi né
negativi intorno al plutone) .
Sondaggio S2. Il sondaggio S2 interessa formazioni che vanno
dalle rocce intrusive fino al Flysch Alloctono ed è quello da cui si è
potuto prelevare un maggior numero di campioni. I contenuti medi di Fe e Mn (Fe = 2,52 %; Mn = 644 ppm) nei campioni quarzomonzonitici di questo sondaggio sono più alti di quelli di Gavorrano (Fe = 2,16%; Mn = 394 ppm) (BENCINI et al., 1980) ma che
sono in accordo con i valori medi indicati da GRANIER (1973) per
le rocce ignee acide (Fe = 2,7% ; Mn = 600 ppm) . I tenori medi di
Cu e Zn nella quarzomonzonite di Castel di Pietra (Cu = 6,5 ppm;
Zn = 61 ppm) sono simili ai valori ottenuti nei corrispondenti litotipi di Gavorrano (Cu = 7,5 ppm; Zn = 79 ppm) e in accordo
con i valori medi indicati per litotipi analoghi in letteratura (GRANIER, 1973; WEDEPOHL, 1978) . Sempre nei campioni quarzomonzonitici il Pb presenta un contenuto medio di 57 ppm simile a quello
riscontrato a Gavorrano (59 ppm) ma notevolmente più elevato
del valore medio (2 ppm) indicato da GRANIER (1973) per le rocce
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è da attribuirsi o alla incerta natura litologica del campione, oppure come suggeriscono BORSI et al. (1979) e MARINELLI (1961), al
fatto di essere in presenza di prodotti tardivi autometamorficiidrotermali, le cui fasi fluide abbiano arricchito il microgranito in
Pb e Zn. I dati ottenuti sui campioni cornubianitici non è possibile confrontarli con altri per la mancanza di informazioni geochimiche circa questo litotipo. Gli unici dati rinvenuti sono quelli
relativi a Ca, Mg, Fe e Mn in rocce filladiche (FERLA e LUCIDO, 1971)
i cui tenori sono simili a quelli da noi ritrovati. Mentre i tenori
medi di Ca, Mg, Fe e Mn nei campioni del sondaggio S2 sono simili
a quelli del sondaggio Sl, quelli di Cu, Pb e Zn sono notevolmente
più bassi (v. tab. IV). E' probabile come detto in precedenza, che
nell'area del sondaggi'O Sl, per la presenza di un basso idrodinamico, ci sia stata una circolazione di soluzioni a carattere idrotermale più intensa (come testimonia il filone quarzoso impostato
sulla linea di frattura principale) che abbia dato luogo a mineralizzazioni lungo il settore attraversato nonostante si possano riscontrare evidenze di ciò anche in questo sondaggio (il campione
S2 683 [v. tab. II e fig. 6] infatti è arricchito in tutti gli elementi
~ispetto agli altri campioni dello stesso litotipo).
I tenori medi degli elementi determinati nelle formazioni evaporitiche, sia anidritiohe che di calcare cavernoso, stanno nelle
medie che per queste rocce si possono ricavare dalla letteratura
(WEDEPORL, 1978) e per il calcare cavernoso anche quelle ottenute
a Gavorrano (BENCINI et al., 1980). Fanno spicco i tenori abbastanza alti ed omogenei di Pb. Nel calcare silicizzato, infine, si riscontra una f'Orte anomalia di Fe, questa è chiaramente associata al
filoncello piritizzato situato tra questo litotipo e il Flysch Alloctono
(v. fig. 3).
Sondaggio S3. I contenuti medi degli elementi analizzati nei
campioni della quarzomonzonite di questo sondaggio sono simili
,a quelli del sondaggio S2 CV. tab. IV). Nei campioni cornubianitici
i tenori medi di Ca, Mg, Fe, Mn e Pb sono simili a quelli dei corrispondenti litotipi del sondaggio S2, mentre quelli di Cu e Zn sono
diversi. Lo Zn ha un contenuto medio più alto nel sondaggio S3
(x = 144 ppm) che nel sondaggio S2 (x = 85 ppm), viceversa per il
Cu (rispettivamente x = 19,4 e x = 44 ppm).
La grande variabilità dei contenuti di Cu e Zn nelle rocce cornubianitiche analizzate ci danno una spiegazione a quanto sopra
osservato; valori così eterogenei si r.ipercuotono pesantemente sulla
media sì da influenzarla ora a vantaggio dell'uno ora a vantaggio
dell'altro. L'eterogeneità di questi campioni rispetto agli elementi
metallici può essere imputata proprio a quella circolazione di
fluidi mineralizzanti che hanno originato arricohimenti casuali là
dove hanno attraversato la formazione in oggetto; il campione S3
799 è chiaramente arricchito in Cu, Pb e Zn così come lo erano alcuni livelli del sondaggio S2.
Alti tenori di Pb si riscontrano in formazioni sedimentarie sia
anidritiche (x=24 ppm) che carbonatiche di «Calcare a Raethavicula
contorta» (x = 35 ppm) e di «Calcare Massiccio» (35 ppm) rispetto a quelli riportati per gli stessi litotipi dalla letteratura ~ 10
ppm (FLANAGAN, 1973; WEDEPOHL, 1978).
Per quanto riguarda le tecnkhe di solubilizzazione dei campioni è importante qui far risa1tare come i contenuti degli elementi
studiati abbiano un andamento simile per i tre attacchi, anche se,
come era logico aspettarsi, l'attacco cloridrico risulti quello meno
efficace, specialmente quando trattasi di rocce non carhonatiohe e
mineralizza te.
Nei campioni che hanno subirto la separazione con liquidi pesanti aumentano in generale Ca e Mg (durante la separazione ohiaramente si arr.icchisce la porzione carbonatica più leggera) e diminuisce il Fe (con la separazione è stata allontanata la maggior
parte di pirite). In alcuni campioni del sondaggio SI si riscontrano
variazioni piuttosto marcate di Pb per probabile allontanamento
di mineralizzazioni a galena (v. tabb. I e II).
Conclusioni
Lo studio geochimico sulla distribuzione di Ca, Mg, Fe, Mn, Cu,
Pb e Zn condotto sui campioni di rocce magmatiche, metamorfiche
e sedimentarie di Castel di Pietra ha offerto delle informazioni
che possono essere così sintetizzate:
a) i contenuti di Fe e Mn nella quarzomonzonite di Castel di
Pietra sono più alti di quelli ottenuti nella quarzomonzonite di
Gavorrano, mentre appaiono simili i contenuti di Cu, Pb e Zn;
b) il microgranito di Castel di Pietra risulta impoverito rispet-
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c) a tetto del filone quarzoso di Cas't el di Pietra si ha arricohimento prevalente di Cu, Pb e Zn, mentre a letto (cioè nella zona di
frizione) prevalente ar·r icchimento di Ca, Mg, Fe e Mn;
d) alcuni livelli delle rocce cornubianitiche sono relativamente
arricchiti in tutti gli elementi determinati in particolare in Cu,
Pb e Zn.
Questi punti uniti al ritrovamento durante i sondaggi di diversi
filoncelli a quarzo e solfuri misti (soprattutto pkite) evidenziano
come nell'area in esame, in seguito all'intrusione, si sia instaurata
una circolazione di fluidi a carattere idrotermale prevalentemente
lungo le linee di frattura che deve aver portato sia alla formazione
del filone quarzoso e alla mineralizzazione a pirite che negli stadi
di più bassa termalità ad una mineralizzazione diffusa polimetallica a Cu, Pb e Zn.
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