P. Cros & P. Houel
Repartition and paleogeographical interpretation of volcanoclastic and pelagic sediments of the Livinallongo Formation ( Italian Dolomites)

GPM 11, p. 415–452

Summary:
The detailed lithostratigraphy and sedimentology of the volcanoclastic and pelagic strata making up the Livinallongo Formation (Middle Triassic) in the Italian Dolomites allow us to point out two pyroclastic stages of sequential deposition ("pietra verde") and to show some relationships to extensional tectonic movements, acid volcanism and the euxinic sedimentation in narrow basins connected with mobile sills. Some comparisons with the neighbouring Carnic Alps are useful.
The "pietra verde" particles are essentially of pyroclastic origin but locally also epiclastic, with a mixture of pelagic material. The magmatic characters are partially concealed by the lack of in place lava flow. But, on the basis of the existing lithic elements of the crystals with their inclusions, it is possible to say that the tuffites forming the "lower pietra verde" are coming from a water-rich magma of late differentiation and trachy-andesitic composition, and those forming the "upper pietra verde" are of rhyolitic to rhyodacitic composition.
The sedimentological analysis of the pietra verde shows the various sequential modalities of their deposition, in close relationship to the seabottom morphology. The graded-bedding of particles, according to their size and density, the order of the sedimentary structures, the homogeneity and poor shaping of the particles, and the reworked intraclasts (nodule breccia) at the bottom and the occurrence of Radiolaria at the top of the sequences are characteristics of the "pyroturbidites" of the "lower pietra verde". Some correlations are possible along about 20 km and point out the importance (more than 1 km3 for the bigger pyroclastic layer), the control by the submarine morphology and distance from the supposed volcanic centres. The four sequences are interpreted either as "pyroturbidites" (subaqueous pyroclastic flows) or as distal submarine parts of ignimbrites as well as continental ash-flow; between them, in the pelagic realm, some reworking of ash-fall and lutites took place at the top of the pyroclastic flow. On the other hand, the numerous "upper pietra verde" sequences are interpreted as a classical turbidity current accumulation of epiclastic origin, coming from the progressive reworking of a volcanic buildup of chiefly pyroclastic nature. The regional correlations between sequences are hard toestablish, except for the first "upper pietra verde" strata which contain volcanic quartz in the crystalline and lithic fraction; this points to its regional lithostratigraphic value. Channel sedimentation prevails in the coarser-grained strata.
Their heteropical relationships to the "upper Plattenkal-k" facies is proved by the correlations and the mixture of pelagic and tuffitic material in the banded limestones.
It is possible to link each of the "lower pietra verde" sequences with a volcanic event of regional extension; on the other hand, the "upper pietra verde" turbidites do not allow the stratigraphie individualization of the eruptive events, but it is possible to notice a mineralogical evolution: with quartz at the bottom and basic plagioclases and green hornblende at the top.
The three pelagic facies are as follows: clear grey nodular limestone with bioturbation structures, dark siliceous, finely banded limestone, not bioturbated, and marly carbonate subnodular or regularly bedded strata, bioturbated and so-called "Vedessana facies". In general these three facies have the same microfossil content in common: Radiolaria, Daonella-type of pseudo-planctonic lamellibranchs. The facies changes between the pelagic sediments point out the main interconnection between the subcrustal activity (magmatic and epeirogenic) and the sedimentation. They allow a paleogeographical interpretation of either the sea-bottom morphology or the localization of volcanic centres. The replacement of the terrigenous supply of the underlying strata (Ambata Formation) by the volcanic supply in the Livinallongo Formation coincides with the development of the unbioturbated facies eastward and the main blooming of the pelagic microfaunas. The role played by a layer of anoxic water may explain the facies changes between the dark, unbioturbated, anaerobic banded limestone and the nodular or subnodular dysaerobic limestone, the first of deeper marine origin and the second being shallower. These dysaerobic sediments pass laterally to the calcarenitic "mixed facies", typical of the biogenous carbonate platform edges and slopes.
The differential bathymetry is, by this way, pointed out for instance in the eastern part of the Cadore district: the deposition of the first "pietra verde" strata is outlined by the disappearance of the euxinic facies and the general extension of the nodular limestone. The tuffites coming from the south overrun the deeper parts of the basin. In the same way, the first cinerites of the "upper pietra verde" unit preceded for a short time the end of the bioturbation and the renewal of the euxinic conditions in the whole basin ("upper Plattenkalk"). The two tuffitic stages of deposition are separated by a purely pelagic stage in the whole basin (Italian Dolomites and Carnic Alps). The main part of the tuffitic supply is supposed to come from the south or south-east during the "lower pietra verde" stage, except for the so-called "Pecol Lungo tuffites" of the eastern Dierico basin (central Carnic Alps), where the tuffitic supply is coming from the north.
A north-western origin is also supposed for part of the "upper pietra verde" stage in the Badia Valley (western Dolomites); during that time the ash-fa!ls are dispersed in the whole region.
This paleogeographical framework is explained by a synsedimentary extensional tectonic evolution which favours at the same time the magmatic extrusions, the restricted biotic conditions in narrow and moderately deep basin portions, connected by mobile sills.

Resumé:
La lithostratigraphie fine et la sédimentologie des couches volcanoclastiques et pélagiques de la Formation de Livinallongo (Trias moyen) des Dolomites italiennes ont permis d'individualiser deux phases de dépôt pyroclastique à caractère séquentiel ("pietra verde") et de montrer les relations entre tectonique distensive, volcanisme acide et euxinisme dans les bassins étroits, reliés par des seuils mobiles. Elles permettent d'établir des comparaisons avec les Alpes Carniques.
La "pietra verde" est constituée de particules d'origine essentiellement pyroclas'tique et localement épiclastique. Elle montre aussi un mélange de matériel pélagique. La carácterisation du magmatisme est genée par l'absence de lave en place sur le terrain d'étude. Cependant, grâce ä l'analyse des éléments lithiques, des cristaux et de leurs inclusions, il est vraisemblable que les tuffites de la "pietra verde inférieure" proviennent d'un magma riche en eau, de fin de différenciation, de composition trachy-andésitique, celle de la "pietra verde supérieure" de composition rhyolithique à rhyodacitique.
L'analyse sedimentologique de la "pietra verde" a montré que le dépôt des tuffites se faisait selon plusieurs mode séquentiels, en relation étroite avec la morphologie du fond marin. Le granoclassement des particules par taille et par densité, l'étagement des structures sédimentaires, l'homogénéité et le faible façonnement du matériel, le remaniement d'intraclastes (brèche de nodules) au mur et la présence de radiolaires au toit de la séquence sont des caractères typiques des "pyroturbidites" de la "pietra verde inférieure". Des corrélations sur une vingtaine de kilomètres ont montré l'importance (plus d'un kilomètre cube pour la plus importante) et le contrôle par la morphologie du bassin et la distance par rapport aux centres volcaniques supposés. Ces quatre séquences, interprétées soit comme des pyroturbidites (subaqueous pyroclastic flows), soit comme des terminaisons sous-marines et distales d'ignimbrites ou d'"ash-flow" continentaux, sont séparées par des microséquences de remaniement des cinérites et des lutites pélagiques sommitales des pyroturbidites.
Par contre, les séquences multiples de la "pietra verde supérieure" sont interprétées comme une accumulation de turbidites classiques, épiclastiques, provenant du démantèlement progressif d'un édifice volcanique à dominante pyroclastique. Les corrélations régionales sont difficiles à établir; cependant les premières assises de la "pietra verde supérieure" sont caractérisées par la présence de quartz volcanique dans la fraction cristalline et lithique, ceci souligne leur valeur dans les corrélations régionales. La chenalisation est très forte dans les termes grossiers. L'hétéropie avec le faciès "Plattenkalk" est prouvée par les corrélations et la présence d'un faciès de mélange rubane pélagico-tuffitique.
En conclusion, les faits permettent de rattacher chacune des séquences majeures de la "pietra verde inférieure" à un événement volcanique d'importance régionale, alors que les turbidites de la "pietra verde supérieure" ne permettent pas d'isoler dans le temps les événements èruptifs. Elles témoignent, cependant, d'une évolution minéralogique: quartz à la base, plagioclases basiques et hornblende verte au sommet.
Les faciès pélaqiques sont au nombre de trois: le calcaire noduleux grisclair à structures de bioturbation, les dalles calcaréo-siliceuses sombres, rubanées, non bioturbées et les alternances marno-carbonatées subnoduleuses, bioturbées, dites de type "Vedessana". Ces trois faciès possèdent globalement le même contenu en radiolaires et lamellibranches pseudo-planctoniques de type Daonelles. Les variations de faciès des sédiments pélagiques jalonnent les principales phases d'interférence entre l'activité endogène, magmatique et épirogénique, et la sédimentation. Elles permettent de reconstituer la paléogéographie des fonds marins et des centres èruptifs. Le relai des apports terrigènes de la Formation sous-jacente d'Ambata par les apports volcanoclastiques de la Formation de Livinallongo correspond á l'extension, vers l'Est, des faciès non bioturbés et à l'épanouissement de la faune pélagique. L'existence d'un euxinisme du fond dû à un seuil sous-marin peut expliquer le passage de faciès entre un "Plattenkalk" sombre non bioturbé, anaérobie et profond et des alternances subnoduleuses ou noduleuses, bioturbées, dysaérobies moins profondes. Ces derniers sédiments passent latéralement à des couches "mixtes" calcarénitiques typiques des bordures de plates-formes biogènes.
Une bathymétrie différentielle est ainsi mise en évidence, par exemple dans la partie orientale du Cadore. La mise en place de la première assise de "pietra verde" est marquée par la disparition des faciès euxiniques et la généralisation du calcaire noduleux. Les tufs en provenance du Sud envahissent les parties les plus profondes du bassin. De même le dépôt des premières cinérites de la "pietra verde supérieure" précède de peu la fin des bioturbations et la reprise de l'euxinisme dans l'ensembledu bassin de dépôt ("Plattenkalk supérieur").
Ces deux phases tuffitiques séparées par une phase purement pélagique caractérise les couches de Livinallongo dans lès Dolomites et la Carme. L'essentiel des apports tuffitiques viennent du Sud ou du Sud-Est pour les "pietra verde inférieures" (bassin de Livinallongo, de Cadore, de Sappada), exception faite des tuffites de "Pecol Lungo" du bassin de Dierico (Carnie centrale) qui viennent du Nord. Cèst aussi le cas pour une parties des "pietra verde supérieures" du Val Badia, tandis que les retombées cinéritiques s'étalent sur toute la région.
Ce contexte paléogéographique s'explique par une tectonique distensive synsédimentaire qui permet à la fois la montée du magma, la création des conditions biologiques de dépôt dans des portions de bassin modérément profondes et étroites communiquant par des seuils mobiles.

Zusammenfassung:
Zwei verschiedene pyroklastische Ablagerungsphasen (Pietra verde) konnten durch Mthostratigraphische und sedimentologische Untersuchungen in den vulkanoklastischen und pelagischen Sedimenten der Buchensteiner Schichten der italienischen Dolomiten herausgearbeitet werden. Die Sedimentation erfolgte unter Einfluß von distensiver Tektonik, saurer vulkanischer Tätigkeit und auxinischen Ablagerungsbedingungen in schmalen Beckenzonen, die durch submarine Schwellen getrennt waren. Die Untersuchungen erlauben auch einen Vergleich mit den benachbarten Karnischen Alpen.
Die Pietra verde besteht hauptsächlich aus pyroklastischen und örtlich auch epiklastischen Bestandteilen. Auch Beimengungen von pelagischem Material kommen vor.
Der Magmencharakter konnte, bedingt durch das Fehlen von Laven im Sedimentationsgebiet selbst, nur über die Analyse der vulkanoklastischen Bestandteile (Kristalle und Einschlüsse) ermittelt werden. Dabei stellte sich heraus, daß die "untere Pietra verde" einem wasserreichen, spätdifferenzierten Magma mit trachyandesitischer Zusammensetzung entstammt. Dagegen zeigen die Tuffite der "oberen Pietra verde" eine rhyolithische bis rhyodazitische Zusammensetzung.
Die Sedimentation der Pietra-verde-Abfolgen erfolgte in mehreren Sequenzen in deutlicher Abhängigkeit zur Morphologie des Meeresbodens. Korngrößenverteilung, Anordnung der sedimentären Strukturen, Homigenität und schwache Rundung der Körner als auch die Resedimentation von Intraklasten (= Knollenbreccie) im Liegenden der Sequenzen, und das Vorkommen von Radiolarien im Hangenden, sind typische Merkmale von sogenannten Pyroturbiditen der "unteren Pietra verde" Die Verbreitung über einen Raum von mehr als 20 km Längserstreckung - eine der mächtigeren Sequenzen weist eine Kubatur von mehr als 1 km3 auf - deutet auf den Einfluß der submarinen Morphologie und auf die Nähe der angenommenen vulkanischen Zentren hin. Die vier Sequenzen werden interpretiert als "Pyroturbidite" (subaqueous pyroclastic flows), als distale, submarine Teile kontinentaler Ignimbrite oder auch als Aschenniederschläge. Am Top der Pyroturbidite kann eine Aufarbeitung von Aschen und Lutiten vorkommen.
Die zahlreichen Sequenzen der "oberen Pietra verde" werden dagegen als klassische Turbidite mit Anlagerung von epiklastischem Material interpretiert. Das Material entstammt einer fortschreitenden Aufarbeitung von vulkanischen, vorwiegend pyroklastischen Aufbauten. Abgesehen von den ersten Schichten der "oberen Pietra verde" ist eine regionale Korrelation der Sequenzen nur schwer möglich. Die ersten Schichten der "oberen Pietra verde" sind durch das Vorhandensein von vulkanischem Quarz gekennzeichnet. Dies scheint von regionaler Bedeutung zu sein. Ebenso herrscht hier bei grobkörniger Sedimentation Rinnenbildung vor. Die Faziesheteropie mit dem "oberen Plattenkalk" ist durch Korrelationen und durch das Zusammenvorkommen von pelagischem und tuffitischem Material in den gebänderten Kalken erwiesen.
Jede der bedeutenderen Sequenzen der "unteren Pietra verde" kann mit einer regional wichtigen vulkanischen Tätigkeit in Zusammenhang gebracht werden. Die Turbidite der "oberen Pietra verde" erlauben dagegen keine zeitliche Trennung der vulkanischen Ereignisse. Allerdings kann eine auffallende Veränderung in der mineralogischen Zusammensetzung beobachtet werden: Quarz im Liegenden und basischer Plagioklas und grüne Hornblende im Hangenden.
Drei verschiedene pelagische Fazies sind erkennbar: hellgraue, knollige Kalke mit Bioturbationsstrukturen, dunkle, SiO2-reiche, gebänderte Plattenkalke ohne Bioturbation, und mergelige, schwach knollige oder regelmäßig geschichtete Karbonate mit Bioturbationsstrukturen, die als "Vedessana-Fazies" bezeichnet werden. Alle drei Fazies haben generell den gleichen Mikrofossilinhalt: Radiolarien und pseudoplanktonische, dünnschalige Lamellibranchiaten (Daonella-Typus). Die Fazieswechsel innerhalb der pelagischen Sedimentation deuten auf wesentliche Zusammenhänge zwischen subkrustaler Aktivität (Magmatismus und Epirogenese) und Sedimentation hin. Sie ermöglichen mit einer paläogeographischen Analyse insbesondere Aussagen über die Meeresbodenmorphologie und die Lokalisierung von eruptiven Zonen.
Der Übergang von terrigen beeinflußter Sedimentation in der liegenden Ambata-Formation zu vulkanisch beeinflußter Sedimentation in den Buchensteiner Schichten fällt zusammen mit der Entwicklung der nicht bioturbaten Fazies gegen Osten hin und dem Hauptaufblühen pelagischer Mikrofaunen. Euxinische Ablagerungsbedingungen an der Rückseite von Schwellenzonen können die Faziesübergänge zwischen den dunklen, anaeroben und in tieferem Wasser abgelagerten Plattenkalken (ohne Bioturbationsstrukturen) und den flaserigen oder knolligen, dy sa e rob i sehen Kalken flacheren Wassers (mit Bioturbationsstrukturen) erklären. Die dysaerobischen Sedimente gehen lateral in eine kalkarenitische "gemischte Fazies" über, wie sie für Randzonen der Karbonatplattformen typisch ist.
Unterschiedliche Beckentiefen konnten z.B. für den Raum östlich von Cadore festgestellt werden: Die Sedimentation der ersten Pietra-verde-Lagen ist gekennzeichnet durch das Verschwinden der euxinischen Fazies und die generelle Ausbreitung der Knollenkalke. Die aus dem Süden stammenden Tuffe bedecken die tieferen Beckenteile. In ähnlicher Weise erfolgten die ersten Aschenablagerungen der "oberen Pietra verde" kurz vor dem Nachlassen der Bioturbation und dem neuerlichen Einsetzen euxinischer Ablagerungsbedingungen im gesamten Beckenareal ("oberer Plattenkalk"). Die beiden tuffitischen Phasen werden von einer rein pelagischen Ablagerungsphase unterbrochen, was sowohl für Buchensteiner Schichten der Dolomiten als auch der Karnischen Alpen kennzeichnend ¡st. Für den Hauptteil des tuffitischen Materials wird ein südliches oder südöstliches Herkunftsgebiet angenommen. Dies gilt für die Beckenzonen von Buchenstein, Cadore und Sappada. Das Becken von Dierico (mittlere Karnische Alpen) bildet eine Ausnahme. Für die sogenannten "Pecol-Iungo-Tuffite" wird ein nördliches Herkunftsgebiet angenommen. Für einen Teil der "oberen Pietra verde" des Cadertales (westliche Dolomiten) erfolgte die Schüttung aus dem Nordwesten. Aschenregen sind hingegen über die gesamte Region verbreitet.
Die geschilderten paläogeogVaphischen Zusammenhänge können am besten durch eine synsedimentäre Dehnungstektonik erklärt werden. Diese hat sowohl das Aufsteigen von Magma ermöglicht als auch eine kleinräumige Gliederung des Ablagerungsraumes in schmale Beckenzonen mit eingeschränkten Lebensbedingungen und verbindende flache Schwellenzonen hervorgerufen.


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