Emplacement of the Middle Triassic Monzoni Intrusive Complex (Dolomites, Italy): Insights from Analogue Models and Field Observations

Le Dolomiti formano la parte centro-orientale delle Alpi meridionali, nel Nord Italia. L’organizzazione stratigrafica dell'area dolomitica comprende principalmente terreni dal Permiano al Cretaceo, mentre è in gran parte dominata dalle magnifiche piattaforme carbonatiche triassiche e dai relativi bacini. L'area delle Dolomiti ha registrato numerosi eventi tettonici e magmatici, dal Permiano fino al Cretaceo. Durante la tettonica transtensionale del Triassico medio, associata a subsidenza differenziale, la parte sud-occidentale delle Dolomiti è stata soggetta a un evento tettonico-magmatico Ladinico (Medio Triassico) di breve durata, sviluppando una serie di rilevanti strutture magmatiche. I complessi intrusivi di Monzoni, Predazzo e Cima Pape sono situati nelle Dolomiti sud-occidentali e rappresentano le principali espressioni intrusive del magmatismo Ladinico. Questo progetto di dottorato offre nuove conoscenze sui meccanismi di messa in posto del Complesso Intrusivo dei Monzoni, combinando dati sul campo e modelli analogici su postazioni di magma. Il plutone dei Monzoni, che si trova parallelo alla Valle di San Pellegrino, appare allungato, con orientamento NE-SO, coprendo un'area di circa 4,0 km2. Le principali caratteristiche del plutone dei Monzoni, la forma allungata e l'affinità shoshonitica orogenica, suggeriscono una potenziale correlazione e controllo della messa in posto da parte di strutture trascorrenti ereditate o medio-triassiche. La generazione, l'ascesa e la messa in posto del plutone dei Monzoni e il suo rapporto con le strutture trascorrenti, sono ancora oggetto di dibattito. La mancanza di osservazioni dirette sul campo attribuite all'attività vulcano-tettonica, rende difficile la comprensione dei meccanismi di interazione tra faglie e magmatismo. Le mappe geologiche aggiornate basate sui nuovi dati di terreno, forniscono nuove informazioni sui limiti di intrusione controllati da faglie e sul modello deformativo delle formazioni incassanti e del plutone. Inoltre, indagini su anisotropia di suscettività magnetica (AMS) sull’intrusione dei Monzoni, rivelano la zonazione all'interno del plutone e indicano la presenza di un condotto di alimentazione principale nella parte nord-orientale dell'intrusione. Infine, la modellazione geologica 3D del complesso intrusivo dei Monzoni, coerente con i dati geologici, limita il volume del plutone a 4.35 km3 e offre una visione - semplificata dei rapporti tra plutone e rocce incassanti. Il Complesso Intrusive di Monzoni, grazie alla sua eccellente esposizione tridimensionale, è particolarmente adatto allo studio di sistemi vulcano-tettonici, permettendo anche l'applicazione e il confronto con modelli analogici. Durante questo progetto, sono stati condotti esperimenti di modellazione analogica di tipo sandbox, su lungo zone di taglio trascorrenti a scala crostale. Sono stati distinti due regimi tettonici, trascorrenza pura e transtensione, e tre relazioni temporali tra magmatismo e tettonica; intrusione pre-tettonica, sin-tettonica e post-tettonica. I risultati sperimentali mostrano che esiste una forte interazione tra le strutture tettoniche, in evoluzione o ereditate, ed il magmatismo e che le caratteristiche geometriche dei plutoni sperimentali rappresentano un buon indicatore per la classificazione dei plutoni, definendo i tempi e l'ambiente tettonico della messa in posto. La combinazione di tutte le metodologie applicate, suggerisce la messa in posto del plutone durante un regime tettonico transtensionale con due possibili scenari cinematici; una transtensione sinistra - direzione N70° o una transtensione destra lungo faglie N30°.

The Dolomites form the central-eastern portion of the Southern Alps, in Northern Italy. The stratigraphic framework of the Dolomitic area includes mainly Permian to Cretaceous terrains, while it is largely dominated by the magnificent Triassic carbonate platforms and basinal systems. The area of the Dolomites recorded several tectonic and magmatic events, from Permian up to Cretaceous. During the Middle Triassic transtensional tectonics, associated with differential subsidence and uplifting, the south-western part of the Dolomites has witnessed a massive and short-lived Ladinian (Middle Triassic) tectono-magmatic event, forming a series of significant magmatic features. The Monzoni, Predazzo and Cima Pape Intrusive Complexes are situated in the southwestern Dolomites and represent the main intrusive expressions of the Ladinian magmatism. This PhD project offers new insights regarding the emplacement mechanisms of the Monzoni Intrusive Complex, by combining fieldwork data and analogue models on magma emplacement. The Monzoni pluton is located parallel to San Pellegrino Valley and appears elongated, with an NE-SW orientation, covering an area of approximately 4.0 km2. The main characteristics of Monzoni pluton, that is the elongated shape and the shoshonitic orogenic affinity, suggest a potential correlation and emplacement control by the Triassic developing and/or reactivated inherited strike-slip structure. The generation, ascent and emplacement of Monzoni pluton and its relation to strike-slip faulting, is still a matter of debate. The lack of direct field observations attributed to the volcano-tectonic activity, keeps the mechanisms of magma–strike-slip fault interactions poorly understood. Updated geological maps, based on field campaign data, bring new insights regarding intrusion, fault-controlled boundaries and deformational pattern of the pluton and host-rock formations. In addition, investigations on anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) on Monzoni pluton, reveal zonation within the pluton and indicate the presence of magmatic feeder in the north-eastern part of the intrusion. Finally, the 3D modelling of the Monzoni Intrusive Complex, projecting all geological data, constrains the pluton’s volume to 4.35km3 and offers a simplified profile-view projection of the pluton/host-rock system. The Monzoni Intrusive Complex, due to its excellent three-dimensional exposure, is particularly suited for the study of volcano-tectonic systems allowing the application and comparison to analogue models. During this project we conducted sandbox-type analogue modelling experiments on magma emplacement along crustal scale strike-slip fault zones. We investigate two tectonic regimes, strike–slip and transtension, and three temporal relationships between magmatism and tectonics; pre-tectonic, syn-tectonic and post-tectonic intrusion. Experimental results show that there is a strong interaction between tectonic structures, evolving or inherited, and magmatism and that the geometrical characteristics of the experimental plutons represent a good indicator for the classification of plutons, defining the timing and tectonic setting of emplacement. The combination of all applied methodologies suggests magmatic emplacement in transtensional tectonic regime with two possible kinematic scenarios; a left lateral strike –slip direction along the N70° fault set or a right-lateral strike slip direction, along the N30° faults.