FLUID EMISSIONS AND MUD VOLCANOES IN THE UPLIFTING NORTHERN APENNINES: 

LEAKAGE THROUGH DEEP ROOTED NORMAL FAULTS IN A COMPRESSIVE SCENARIO

Rossella Capozzi* and Vincenzo Picotti

1

Dipartimento di Scienze della Terra e Geologico-Ambientali, University of Bologna, Via Zamboni 67, 40126 Bologna, Italy

* capozzi@geomin.unibo.it

Abstract

In the Northern Apennines, spontaneous seepages are aligned in two belts, stretching the main divide and the foothills. Studied seepages,

belonging to foothills belt, display two main patterns of ?uid migration up to the surface. Geochemical and isotopic characters of saline

waters and gas allowed distinguishing various depth of sources and reservoirs and to relate the leakage to deep-rooted normal faults or to

up dip carrier beds which supply permeable shallow layers. The dominance of normal faults as migration pathway indicates the presence

of an extensional state of stress in the uplifting Northern Apennine belt.

Keywords: mud volcano, geochemistry, normal fault, uplift.

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

14

Spontaneous ?uid emissions and associated mud volcanoes occur

in the Northern Apennines approximately along two belts striking

near parallel to the main divide and to the foothills respectively (1).

Along the foothill belt, we have studied some of these emissions

belonging to different surface geological setting of the Northern

Apennines. The study was addressed to mud volcanoes and seeps

located in two geological setting, 1) topping the upper tectonic nappe

of the chain (2) ( the Ligurian unit), and 2) leaking through the

foredeep units, where the Ligurian unit is absent. The study has been

carried out by sampling, over a time spanning some months, the

various components of ?uid including saline waters and gas and by

analysing their geochemical and isotopic characters. The definition of

these characters integrated with data deriving from seismic profiles

and the surface geology allows defining mechanisms of ?uid leakage

to the surface.

In particular, we would stress the importance of geochemical

analysis on water emissions which allows reconstructing the

migration through different carrier beds and steps in the migration

pathway.

Geochemical and isotopic studies provided indication about the

depth of gas sources. It resulted up to 6000 m in case of thermogenic

gas migrating through deep-rooted normal fault and from below the

Ligurian nappe, and typically biogenic when Neogene units can be

identified as the main productive sedimentary body. This information

is essential to confirm geological reconstruction also because testifies

the presence of deep sources and permeable horizons down to 6-7 km

under the surface.

The mud volcanoes of the studied region are caused by normal

faults draining down to the lower tectonic foredeep unit, whereas, in

the case of absent Ligurian, seepages are associated to shallow

permeable carrier beds sealed by mudstones.

In the Northern Apennines, commonly interpreted as active

compressive chain, the foothills records diffuse extensional features

(3, 4), which are very effective pathways for the observed seepages.

The presence of an extensional state of stress in the uplifting belt

documents permutation of the stress axes in the late Quaternary,

whereas, as a whole, the Adriatic plate still records a compressive

state of stress.

References

1-Borgia G.C., Elmi C. and Martelli G.,1986. Hydrocarbons in the

Tuscan-Emilian Apennines: origin and characters of mineralization. Mem.

Soc. Geol. It.,31: 255-266.

2-Capozzi R., and Picotti V., 2002. Fluid migration and origin of a mud

volcano in the Northern

Apennines (Italy): the role of deeply rooted normal faults. Terra Nova,14:

363-370.

3-Bertotti G., Capozzi R., and Picotti V., 1997. Extension controls

Quaternary tectonics, geomorphology and sedimentation of the N-

Apennines foothills and adjacent Po Plain (Italy). Tectonophysics, 282:

291-301.

4-Antonellini M., and Mollema P., 2002. Cataclastic faults in the Loiano

Sandstones; Northern Apennines, Italy. Boll. Soc. Geol. It.,121: 163-178.