background image

GEOLOGICA  CARPATHICA, 52, 1, BRATISLAVA, FEBRUARY 2001

15 — 21

PETROGRAPHIC, GEOCHEMICAL AND RADIOMETRIC DATA

ON TERTIARY VOLCANO-ARENITIC BEDS

FROM THE SICILIAN MAGHREBIAN CHAIN:

VOLCANIC SOURCES AND GEODYNAMIC IMPLICATIONS

KADOSA BALOGH

1

, PAOLA CASSOLA

2

, MASSIMO POMPILIO

3

 and DIEGO PUGLISI

2*

1

Institute of Nuclear Research, Bem tér 18/c, Debrecen H-4001, Hungary; balogh@moon.atomki.hu

2

Dipartimento di Scienze Geologiche, Università di Catania, Corso Italia 55, 95129-Catania, Italy

3

Istituto Internazionale di Vulcanologia, C. N. R., Piazza Roma 2, 95123-Catania, Italy; max@iiv.ct.cnr.it

(Manuscript received June 2, 2000; accepted in revised form December 12, 2000)

Abstract:  The  volcanic  fraction  of  impure  volcano-arenitic  beds  of  the  Reitano  Flysch  (Early  Oligocene,  Sicilian
Maghrebian Chain) was investigated by petrographic, geochemical and radiometric techniques. Two distinct volcanic
grain populations were recognized: (1) paleovolcanic clasts, Late-Permian in age and calc-alkaline in character, prob-
ably linked to late-Hercynian magmatism and (2) alkaline (potassic) neovolcanic clasts. As regards the alkaline fraction,
it is difficult to link its provenance with the Oligocene-Miocene Sardinia volcanism. Indeed, this latter volcanism shows
a  distinct  calc-alkaline  character  typical  of  subduction  and/or  collision-related  magmas.  We  suggest  that  the  volcanic
sources of this alkaline fraction could be related to magmatic events close to the sedimentary basin and associated with
extensional processes preluding the opening of new oceanic areas (i.e. Algero-Provençal Basin and Sardinia Rift).

Key words: Sicilian Maghrebian Chain, Reitano Flysch, Oligocene, volcanogenic sediments, petrography, geochemistry,
K/Ar dating.

Introduction and objectives

The Alpine orogenic system that borders the western Medi-
terranean area includes Tertiary sedimentary rock piles with
very widespread, and locally thick, volcanogenic sediments
interbedded with Tertiary marine formations (Fig. 1).

Volcanogenic  levels  have  been  found  within  many  Oli-

gocene-Miocene successions of the Betic Cordillera (Martin-
Algarra  1987;  Puglisi  &  Carmisciano  1992),  of  the  Rifian
sector  of  Morocco  (Feinberg  et  al.  1990;  Chiocchini  et  al.
1980) and of the Algerian-Tunisian sector (Bellon 1976; Riv-
ière 1988). As regards the northern Apennines, volcanogenic
sediments have been studied in the internal sector (Amorosi
et  al.  1994,  1995;  Mattioli  1997)  as  well  as  in  the  external
sector (Papini & Vannucci 1993; Delle Rose et al. 1994) and
in  the  Piemonte  Tertiary  Basin  (Tateo  1993;  Bonci  et  al.
1994; Ruffini & Cadoppi 1994).

The  southern  Apennines  and  the  Calabria-Peloritani  Arc

also show excellent examples of Oligocene-Miocene flysch
deposits  affected  by  volcanic  supply  (Critelli  &  Monaco
1993;  Critelli  1991;  Critelli  &  Le  Pera  1990;  Crisci  et  al.
1988; Cavazza 1989). The calc-alkaline Oligocene-Miocene
Sardinia volcanism has often been invoked to have fed these
volcanoclastic deposits. The origin of these deposits, in fact,
has  been  traditionally  referred  to  Early  Tertiary  magmatic
events of western Sardinia, linked to subduction of the Afri-
can  lithosphere  beneath  Europe,  considering  the  counter-

clockwise rotation of the Corsica-Sardinia microplate (Scan-
done 1980; Patacca & Scandone 1989).

Volcanic detritus is also present in the Oligocene-Miocene

turbiditic sedimentary rocks of the outermost sectors of the Si-
cilian Maghrebian Chain. The Reitano Flysch, a thick turbidit-
ic  succession  of  Early  Oligocene  age  overlying  the  Africa-
verging  tectonic  units  in  the  easternmost  segment  of  the
Sicilian  Maghrebian  Chain  (Nebrodi  Mountains  sector,
Fig. 2), and the well known Tusa Tuffites are characterized by
abundant neovolcanic detritus (sensu Zuffa 1987), thus provid-
ing evidence of a volcanism coeval with sedimentation.

In  this  study  we  focus  our  attention  on  the  petrographic,

geochemical and textural characters of the volcanic fraction of
the Reitano Flysch in order (i) to identify the volcanic source
areas and the mechanisms of sedimentary transport and (ii) to
constrain an Oligocene-Miocene geodynamic reconstruction.

In particular, the Reitano Flysch can be correlated with other

turbiditic sequences cropping out in the Betic Cordillera (Al-
geciras Flysch) and along the Maghrebian Chain in northern
Africa  (Beni  Ider  Flysch  and  Flysch  marno-gréso-micacé,  in
Morocco  and  Algeria,  respectively).  As  indicated  by  the  oc-
currence of volcanic clasts and of clinopyroxenes characteriz-
ing the heavy mineral assemblages, the composition of these
turbiditic successions is similar (Puglisi & Carmisciano 1992).
Thus, if the above assumed correlation is valid, the results of
this  study  could  provide  useful  information  about  the  Early
Tertiary  kinematic  evolution  of  the  western  Mediterranean

*Corresponding author:  dpuglisi@mbox.unict.it

background image

16                                                                                         BALOGH et al.

area by studying the relationships between volcanism and sed-
imentation.

Petrographic and geochemical characters

of the volcanic detritus

The basal and middle levels of the southern outcrops of the

Reitano Flysch (Puglisi 1979;  Loiacono & Puglisi 1983)  are
made up of impure volcano-arenitic beds (sensu Zuffa 1987),
where a locally abundant volcanic fraction (max 30—35 %) is
mixed  with  quartzose-feldspathic  detritus.  This  quartzose-
feldspathic detritus, which is predominant at the top of the suc-
cession, is related to a provenance from the Hercynian crystal-
line  rocks  now  deformed  into  the  Peloritani  Mountains
tectonic edifice (Cassola et al. 1992, 1995; Costa et al. 1992;
Puglisi 1992).

Petrographic and geochemical characters of the Reitano Fly-

sch  sandstones  (henceforth  RF),  taken  from  the  literature,  are
shown in Table 1. The Table also includes the discriminating pa-
rameters  [(Fe

2

O

3tot

+ MgO),  TiO

2

,  (Al

2

O

3

/SiO

2

),  (K

2

O/Na

2

O)

and Al

2

O

3

/(CaO + Na

2

O)] suggested by Bathia (1983) for in-

terpreting the provenance and tectonic setting of the sedimen-

Fig.  1.  Tectonic  scheme  of  the  western  Mediterranean  area.  European  Units:  1  =  Spanish  and  European  Foreland  (including  “a”  Iberian
Cordillera), = Units of the Spanish—European palaeomargin deformed during the Alpine orogeny (Pyrenees, Provençal Chain and Alps), 3
= Kabylo-Calabride Chain (including the internal units of the Betic Cordillera). African Units: 4 = African Forelands (= gently deformed:
Atlas and Trapanese area; b = undeformed: Pelagian Block, Hyblean Plateau and Apulian Platform), 5 = Units of the African paleomargin
deformed during the Alpine orogeny (Southalpine), 6 = African Units deformed during the Apenninic-Maghrebian orogeny (Apennines, Si-
cilian Maghrebian Chain, Rif, Tell and Betic Cordillera). 710 = Pennidic, South-Alpine, Kabylo-Calabride Chain and Apenninic-Maghrebi-
an Chain fronts; 11 = main outcrops of Tertiary volcanogenic sediments along the Betic Cordillera and the Apenninic-Maghrebian Chain.

Fig.  2.  Geological  sketch  map  of  North-Eastern  Sicily  with  Reit-
ano Flysch outcrops (taken from Puglisi 1992). = External Units;
= Numidian Flysch; = Sicilide Units s.s. and Tusa Tuffites; =
Monte Soro Flysch; = Reitano Flysch; = Calabride Units;  =
Stilo-Capo  d’Orlando  Formation; 8  =  Antisicilide  units; 9  =  Qua-
ternary deposits; 10 = Monte Etna volcanites.

background image

TERTIARY VOLCANO-ARENITES IN SICILY: PETROGRAPHY, AGE AND PROVENANCE                           

          17

tary basins. By using both Bathia’s model (1983) and Roser &
Korsch’s (1986) simple bivariate plot [(K

2

O/Na

2

O) vs. SiO

2

],

the  Reitano  Flysch  succession  seems  to  have  been  deposited
inside  a  sedimentary  basin  connected  with  active  continental
margins (Puglisi 1994).

In order to define the petrographic and geochemical charac-

teristics  of  the  volcanic  detritus,  samples  of  RF  sandstones
were  collected  from  several  channeled  conglomerate  and
coarse-grained sandstone basal levels in the outcrops of Troina
and Lago d’Ancipa (southern slope of the Nebrodi Mountains)
and of Cefalù (Tyrrhenian coast of Sicily, Fig. 2). The petro-
graphic analysis indicates the presence of two distinct volcanic
grain populations with different sizes and features:

A  –  well-rounded  volcanic  pebbles  (about  1—2  cm  in

size)  characterized  by  oligo-porphyritic  texture  with  a  low
number  of  phenocrysts  (not  more  than  7—9  %),  ranging  in
size from 0.3 to 0.6 mm and mainly represented by sanidine,
plagioclase and quartz, set in a holocrystalline fine-grained
groundmass forming a felt of feldspar and quartz microlites;

B – medium sand-sized (25—50 mm) grains made of angu-

lar and subangular volcanic clasts, scattered in the sandstones,
always associated with quartz and feldspars derived from plu-
tonic  and/or  middle-high  grade  metamorphic  sources.  These
volcanic  lithic  fragments  contain  phenocrysts  of  (i)  remark-
ably fresh augitic clinopyroxenes (ii) plagioclase, (iii) rare K-
feldspar and subordinate biotite and amphibole, all of them set
in a micro- to cryptocrystalline groundmass. Clinopyroxenes
are also present as monocrystalline detrital grains.

The  chemical  compositions  of  the  mineral  phases  (phe-

nocrysts and microlites, about 245 as total number of analy-
ses for both the A and B volcanic grain populations) and of
the groundmass of the volcanic fraction (84 analyses, 28 and
56 for the A and B populations respectively) have been de-
termined  by  SEM—EDS  methods.  Analyses  have  been  per-
formed  at  the  Institute  Internazionale  di  Vulcanologia  of
Catania (C.N.R.).

Plagioclase  phenocrysts  and  microlites  of  both  A  and  B

volcanic grain populations always show an albite composi-
tion

 

(average composition measured on 140 plagioclase crys-

tals is, by weight: SiO

= 68.27 %, Al

2

O

= 19.96 %, FeO

tot

= 0.15 %, CaO = 0.33 %, Na

2

O = 11.03 %, K

2

O = 0.26 %).

B-population  volcanic  clasts  shows  an  abundance  of  sani-
dine, mainly as microlites rather than phenocrysts (average
composition  on  70  sanidine  crystals  is,  by  weight:  SiO

=

64.86 %, Al

2

O

= 18.29 %, Na

2

O = 0.45 %, K

2

O = 16.30 %,

SrO = 0.22 %, BaO = 0.14 %), and of clinopyroxenes. Very
few amphiboles were also found and analyzed (SiO

= 43.92

%, TiO

= 2.39 %, Al

2

O

= 10.69 %, FeO

tot 

= 14.11 %, MnO

= 0.43 %, MgO = 13.48 %, CaO = 11.56 %, Na

2

O = 2.33 %,

K

2

O = 1.10 %).

Because of the low number of phenocrysts within the A-

population of volcanics, we assume the groundmass compo-
sition  as  representative  of  the  affinity  of  the  whole  rock.
Thus, the two different volcanic grain populations can also
be discriminated by the simple Total Alkali-Silica diagram
(Fig.  3,  after  Le  Maitre  1989),  where  the  average  ground-
mass compositions (see Tables 2 and 3) have been plotted.
The  groundmass  of  the  two  volcanic  fractions  shows  a
strongly variable alkali content, with K

2

O/Na

2

O ratio <1 and

>4 in the pebbles and in the fine-grained detritus, respective-
ly.  The  groundmass  of  the  fine-grained  fraction,  in  fact,
shows a well marked alkaline (potassic) character with tra-
chytic composition, whereas the groundmass of the volcanic
pebbles shows a subalkaline character with rhyolitic compo-
sition.  In  addition,  the  [SiO

2

  vs.  (FeO

tot

/MgO)]  diagram

clearly  shows  the  calc-alkaline  affinity  of  this  subalkaline
fraction (Fig. 4).

Clinopyroxenes  are  only  present  within  the  fine-grained

volcanic fraction. Their chemical composition (see Tables 4
and 5) ranges from augite to diopside. As the composition of
the  clinopyroxenes  vary  according  to  the  chemistry  of  the

Table 1: Petrographic and chemical characters of the Reitano Flysch
sandstones.

Gross Composition

(n = 41) 

1

Chemical Composition

(n = 21) 

2

       x

     

σ

  x

  

σ

Qm

22.1

5.95

SiO

2

69.58

4.15

Qp

5.3

1.61

TiO

2

  

0.39

0.07

Qr

3.8

2.59

Al

2

O

3

  

13.18

0.85

Ch

0.4

0.73

Fe

2

O

3

2.42

0.72

FeO

0.89

0.32

Ps

18.7

2.46

MnO

0.09

0.05

Pr

3.9

2.46

MgO

2.08

0.44

Ks

5.1

3.02

CaO

5.33

4.19

Kr

1.3

1.26

Na

2

O

2.92

0.40

K

2

O

2.95

0.25

Lv

9.2

7.46

P

2

O

5

0.11

0.03

Lc

0.3

0.75

Lf

0.6

1.00

Fe

2

O

3t ot

+MgO

5.51

1.29

Al

2

O

3

/SiO

2

0.19

0.02

Ms

5.6

3.12

K

2

O/Na

2

O

1.03

0.15

Mr

0.7

0.76

Al

2

O

3

/(Na

2

O+CaO)

2.03

0.97

Al

1.1

1.20

lg (Fe

2

O

3t ot

/K

2

O)

0.05

0.15

Mt

4.6

3.28

lg (SiO

2

/Al

2

O

3

)

0.72

0.04

Cm

17.3

10.24

lg (Na

2

O/K

2

O)

-0.01

0.04

100.0

Q

44.7

6.76

F

41.0

6.98

L

14.3

10.11

100.0

Qm

36.6

6.30

F

41.0

6.98

Lt

22.4

9.15

100.0

Gross compositions: symbols of the parameters adopted for modal

analysis

Q = Qm + Qp, where: = total quartzose grains, Qm = monocrystalline

quartzose grains (including Qr = quartz in coarse-grained rock fragments,

i.e. >0.06 mm),  Qp = polycrystalline quartzose grains (including Ch =

chert);

F = P + K, where: F  = total feldspar grains, P and K = plagioclase and

potassium feldspar single grains (Ps and Ks) or in coarse-grained rock
fragments (Pr and Kr);

L = Lv + Lc + Lf, where: L = unstable fine-grained rock fragments (< 0.06

mm, i.e.: Lv = volcanic, Lc = carbonate and Lf = epimetamorphic lithic
fragments);

Lt = L + Qp, where: Lt = total lithic fragments (both unstable and quartzose);

= micas and chlorites in single grains or in coarse-grained rock fragments

(Ms and Mr, respectively);

Al = other mineral grains, Mt = siliciclastic matrix, Cm = carbonate cement.

after  Puglisi  (1979),  Loiacono  &  Puglisi

(1982), Cassola et al. (1992; 1995)

2

  oxide  compositions  re-calculated  on  the

volatile-free  basis  (after  Puglisi,  1994);
x  e 

σ  =  average  and  standard  deviation,

n = number of analyzed samples.

background image

18                                                                                         BALOGH et al.

host magma, it can be used to identify the original magmatic
affinity. Thus, the chemical composition of the analyzed cli-
nopyroxenes (about 30 analyses of single detrital grains and
of phenocrysts) are plotted in the diagram suggested by Le-
terrier  et  al.  (1982),  discriminating  the  alkaline/subalkaline
affinities of volcanic rocks (Fig. 5). The alkaline character of
the fine-grained volcanic fraction is also supported by means
of this diagram.

 Samples

SiO

2

Al

2

O

3

FeO

tot

MgO CaO Na

2

O K

2

O BaO P

2

O

5

1 (6) 62.53 21.77 0.99 0.31 0.10

3.45 10.49

- 0.35 100.00

σ

1.50

0.90 0.77 0.25 0.11

0.85

0.88

- 0.18

2 (7) 60.91 21.65 0.99 0.57 0.42

1.12 13.79 0.30 0.25 100.00

σ

4.42

3.31 1.30 0.50 0.64

0.84

2.93 0.40 0.31

3 (4) 63.91 19.93 0.41 0.17 0.04

2.43 12.53 0.51 0.07 100.00

σ

2.01

2.22 0.42 0.23 0.08

1.40

3.23 0.59 0.14

4 (12) 63.98 20.49 0.51 0.18 0.07

2.70 11.81 0.21 0.05 100.00

σ

2.15

2.37 0.58 0.22 0.18

1.77

2.25 0.28 0.11

5 (24) 64.55 20.23 0.57 0.16 0.11

2.44 11.58 0.34 0.02 100.00

σ

4.28

3.60 0.61 0.20 0.25

1.23

2.48 0.33 0.08

6 (3) 64.96 20.10 0.55 0.21 0.72

4.27

9.27 0.12

100.00

σ

0.47

0.56 0.11 0.20 0.43

0.70

1.32 0.21

-

Number of analyzed groundmass within the brackets; x = average; 

σ = standard deviation.

Table  3:  Groundmass  composition  of  the  B-population  volcanic
grains (i.e. fine-grained volcanic clasts scattered in the sandstones).

Fig. 4. SiO

2

-FeO

tot

/MgO diagram (after Miyashiro 1974) discrimi-

nating  between  the  calc-alkaline  and  tholeiitic  products.  Only  the
subalkaline  volcanic  fraction  of  the  Reitano  Flysch  is  plotted  in
this diagram. For explanation of symbols see Fig. 3.

Fig.  3.  TAS  (after  Le  Maitre  1989,  with  the  Irvine  and  Baragar’s
curve  1971)  showing  the  average  groundmass  composition  of  the
study volcanic fraction. Reitano Flysch

(

(

(

(

(

  A-population volcanic

grains (i.e. volcanic pebbles, average of 28 analyses), 

 B-popula-

tion  volcanic  grains  (i.e.  fine-grained  volcanic  fraction  scattered  in
the  sandstones,  average  of  56  analyses);  Tusa  Tuffites:    Sicily
(after  Ogniben  1964), 

o

  southern  Apennines  (after  Ardito  et  al.

1985); S. Mauro Fm. (southern Apennines, after Crisci et al. 1988):

✜; Val d’Aveto Sandstones and Petrignacola Fm. (northern Apen-
nines, after Mattioli 1997):   lavas,   ignimbrites.

   Samples

  SiO

2

Al

2

O

3

FeO

tot

MgO

CaO Na

2

O K

2

O

A (5) x

68.83

19.47

0.05

0.04

0.50 10.00 1.11

100.00

σ

1.95

1.39

0.12

0.09

0.16

0.92 1.02

B (3) x

69.24

19.07

-

0.07

0.78 10.14 0.70

100.00

σ

2.91

2.02

-

0.12

0.14

1.02 1.01

C (2) x

74.53

12.26

4.36

1.80

2.31

3.44 1.30

100.00

σ

1.75

1.63

0.60

0.35

0.57

0.64 0.08

D (7) x

80.83

11.28

0.18

0.03

0.22

4.63 2.83

100.00

σ

1.95

1.14

0.23

0.09

0.20

1.43 1.52

E (6) x

79.93

14.90

1.05

0.32

0.75

7.20 1.85

100.00

σ

8.96

4.74

1.46

0.58

0.77

2.64 0.88

F (5) x

76.83

14.88

0.25

-

0.62

6.26 1.16

100.00

σ

5.65

3.20

0.42

-

0.22

2.61 0.54

Number of analyzed groundmass within the brackets; x = average;
σ = standard deviation.

Table  2:  Groundmass  composition  of  the  A-population  volcanic
grains (i.e. volcanic pebbles).

Fig.  5.  Average  and  standard  deviation  of  clinopyroxene  composi-
tions of phenocrysts ( , n = 6) and detrital single grains (

(

(

(

(

(

 , n = 9;

o

,  n = 7; 

+

+

+

+

+

 , n = 9); n = number of clinopyroxene grains analyzed

in the different samples.

Ti

Ca+ Na

background image

TERTIARY VOLCANO-ARENITES IN SICILY: PETROGRAPHY, AGE AND PROVENANCE                           

          19

K/Ar dating

Radiometric investigation was only possible for the porphy-

ritic pebbles belonging to the A-population of volcanic frag-
ments. Two pebbles were submitted to analysis in order to ob-
tain the K/Ar ages measured for the whole rocks.

Measurement of K/Ar age was performed in the Institute of

Nuclear  Research  of  the  Hungarian  Academy  of  Sciences
(ATOMKI), Debrecen, using the conventional method. The in-
terlaboratory standards Asia 1/65, HD-B1, LP-6 and GL-O as
well as atmospheric Ar were also used for the calibration. De-
tails about instruments, applied methods and results of calibra-
tion have been described elsewhere (Balogh 1985; Odin et al.

1982).  Age  was  calculated  with  the  constants  suggested  by
Steiger & Jaeger (1977).

The  obtained  results  are  summarized  in  Table  6.  The

younger age of 213 ± 8 My (sample A) can be explained by
admitting a loss of radiogenic Ar which frequently occurs in
altered  whole  rock  samples.  The  measured  age  of  249 ± 10
My  (sample  B)  agrees  with  the  Permian/Triassic  boundary
(245 My, Harland et al. 1990). Since some Ar loss may be as-
sumed even for the sample B, related to the transportation of
the  pebble,  its  real  geological  age  either  coincides  with  the
measured value or it is older.

Discussion and conclusive remarks

The  above  results  show  that  two  distinct  volcanic  sources

fed the Reitano Flysch.

A calc-alkaline source, Late Permian in age, originates paleo-

volcanic clasts (i.e. non-coeval to the sedimentation, sensu Zuf-
fa 1987), derived by the erosion of ancient volcanics probably
linked  to  a  late-Hercynian  magmatism.  The  other  source  dis-
plays a well marked alkaline (potassic) affinity and originates
products  having  textural  and  petrographic  characters  (angular
shaped volcanic clasts, presence of well preserved augites and
amphiboles) of a volcanism penecontemporaneous with the sed-
imentation and of a rapid burial after short-lived transports (i.e.
coeval volcanic grains, B-population volcanic grains).

Our results have been compared with the geochemical data

of several turbiditic successions cropping out in the southern
and northern Apennines, showing a similar volcanism-induced
sedimentation coeval to the deposition of the Reitano Flysch
(Fig. 3). The volcanic fraction of these latter deposits always
shows  a  calc-alkaline  affinity,  commonly  interpreted  as  de-
rived from the Oligocene-Miocene, subduction-related, mag-
matic  arc  of  the  Sardinia-Corsica  microplate  (Crisci  et  al.
1988; Critelli et al. 1990a,b). Nevertheless, this hypothesis of
provenance can undoubtedly be excluded for the calc-alkaline
volcanic  pebbles  of  the  Reitano  Flysch  (A-population),  be-
cause of their older K/Ar age (minimum age is about 249 ± 10
My, i.e. Late Permian).

At first sight, the fine-grained alkaline volcanic clasts of the

Reitano Flysch (B-population volcanic grains) could be relat-
ed  to  the  Late  Paleocene-Early  Eocene  volcanic  activity,  re-
sponsible for the alkaline products of South-Western Sardinia
(about 62—60 My, Assorgia et al. 1992). These last products, in
fact, are the only Early Tertiary volcanics of Sardinia showing
an  alkaline  character.  Nevertheless,  the  petrographic  and
geochemical features of these Early Tertiary volcanics of Sar-
dinia (SiO

2

~ 39 %, MgO ~ 12 % and K

2

O ~ 1.52 %, Maccioni

et  al.  1990)  are  very  different  from  those  of  the  analyzed
clasts. Moreover, this hypothetical correlation is also in con-
trast  with  the  textural  characters  recognized  in  the  alkaline
fraction  of  the  Reitano  Flysch  which  testify  for  volcanic
events coeval with deposition.

Alkaline  volcanism  in  Sardinia  also  occurred  during

Pliocene Tyrrhenian spreading (Beccaluva et al. 1977), but it
cannot  be  compared  with  the  alkaline  volcanic  B-population
of the Reitano Flysch sandstones, whose age has recently been
referred to the Early Oligocene (Cassola et al. 1992).

 Samples

 SiO

2

TiO

2

Al

2

O

3

FeO

tot

MnO MgO CaO Na

2

O

2 (9) x

52.39

0.23 1.57 9.54

0.67 13.41 21.60 0.59

100.00

σ

0.24

0.25 0.23 0.68

0.13 1.03 0.99 0.23

3 (9) x

51.19

0.58 2.48 9.77

0.51 13.08 21.67 0.72 100.000

σ

1.26

0.25 1.15 1.34

0.13 1.51 1.07 0.28

5 (7) x

51.35

0.56 2.36 9.14

0.50 13.20 22.26 0.63

100.00

σ

0.60

0.15 0.94 1.04

0.28 1.34 1.01 0.26

5 (6)* x

51.49

0.42 2.56 8.17

0.39 13.62 22.84 0.51

100.00

σ

1.60

0.35 1.27 1.50

0.25 1.35 0.82 0.20

Table  4:  Chemical  composition  of  clinopyroxene  detrital  grains
and phenocrysts (B-population volcanic grains).

Number of analyzed clinopyroxenes within the brackets; x = average; 

σ = standard

deviation; asterisk marks the analyzed clinopyroxenes representing the phenocrysts
of volcanic clasts.

Chemical composition

N° of ions on the basis of 6 oxygens

Samples

2

3

5

5*

Samples

2

3

5

5*

SiO

2

52.46 52.04 51.68 48.66      Si

1.944

1.950 1.940 1.819

TiO

2

0.40

0.23 0.47

0.91      Al 

IV

0.056

0.050 0.060 0.181

Al

2

O

3

1.75

1.50 1.80

5.08 Σ T Site 2.000

2.000 2.000 2.000

FeO

tot

9.84

7.68 9.40

8.85      Al

VI

0.020

0.016 0.020 0.043

MnO

0.55

0.56 0.71

0.28      Fe

3+

0.036

0.072 0.061 0.119

MgO

14.99 13.71 12.33 11.97      Ti

0.011

0.006 0.013 0.026

CaO

20.06 22.47 22.67 23.61      Mg

0.828

0.766 0.690 0.667

Na

2

O

0.31

0.70 0.65

0.45      Fe

2+

0.269

0.169 0.234 0.158

Total

100.36 98.89 99.72 99.81      Mn

0.017

0.018 0.023 0.009

Σ M

Site  1.181

1.047 1.041 1.022

    Ca

 0.796

0.902 0.912 0.946

    Na

 0.022

0.051 0.047 0.033

Σ M

Site  0.818

0.953 0.959 0.979

    Ca  %  40.91

46.83 47.50 49.82

    Mg %  42.54

39.76 35.95 35.14

    Fe  %  16.55

13.41 16.55 15.04

Table  5:  Selected  analyses  of  clinopyroxenes  (detrital  and  phe-
nocrysts*) from the B-population volcanic grains.

Samples

(whole rock)

       K %

40 Ar (rad)

10

-5

 cc STP/g

40 Ar (rad)

%

Age

(My ± 

σ)

A

3.68

3.241

93.1

213 ± 8

B

2.85

2.959

94.5

249 ± 10

Table 6: K/Ar ages of two volcanic pebbles from the A-population
volcanic  grains.

background image

20                                                                                         BALOGH et al.

Traversa  G.  1989:  Cainozoic  tectono-magmatic  evolution  and
inferred mantle sources in the Sardo-Tyrrhenian area. In: Bori-
ani  A.,  Bonafede  M.,  Piccardo  G.B.  &  Vai  G.B.  (Eds.):  The
Lithosphere  in  Italy.  Accademia  Nazionale  dei  Lincei,  CNR,
Roma, 229—248.

Beccaluva L., Deriu M., Macciotta G., Savelli C. & Venturelli G.

1977:  Geochronology  and  magmatic  character  of  the
Pliocene-Pleistocene  volcanism  in  Sardinia  (Italy).  Bull.  Vol-
canol
. 40, 1—16.

Bellon  H.  1976:  Séries  magmatiques  néogènes  et  quaternaires  du

pourtout  de  la  Méditerranée  occidentale,  comparées  dans  leur
cadre  géologique.  Implications  géodynamiques.  Unpubl.  doc-
toral dissertation,
 Univ. Paris Sud, Orsay, 367.

Bonci M.C., Cortesogno L., Gaggero L., Negri A. & Pirini Radriz-

zani  C.  1994:  Preliminary  data  on  the  Oligo-Miocene  volcan-
ism  in  the  Garbagna  area  (Al  F.  Voghera).  Atti  Ticinensi  di
Scienze della Terra
 I, 283—296.

Carmignani L., Decandia F.A., Disperati L., Fantozzi P.L., Lazzarot-

to  A.,  Liotta  D.,  Oggiano  G.  &  Tavarnelli  E.  1995:  Relazioni
tra il Bacino Balearico, il Tirreno settentrionale e l’evoluzione
neogenica  dell’Appennino  settentrionale.  Stud.  Geol.  Camerti,
Vol. Spec. 1995/1, 255—278.

Cassola P., Costa E., Loiacono F., Moretti E., Morlotti E., Puglisi D.

& Villa G. 1992. New biostratigraphic, petrographic, sedimen-
tologic  and  structural  data  on  some  “late-orogenic”  sequences
of  Maghrebian  Chain  in  North-Eastern  Sicily.  Riv.  Ital.  Pale-
ont. Stratigr.
 98, 2, 205—228.

Cassola P., Loiacono F., Moretti E., Nigro F., Puglisi D. & Sbarra R.

1995: The Reitano Flysch in the northern sector of the Nebrodi
Mountains  (NE  Sicily):  sedimentologic,  petrographic  and
structural characters. G. Geol. 57, 1-2, 195—217.

Cavazza W. 1989: Detrital modes and provenance of the Stilo-Capo

d’Orlando Formation (Miocene), southern Italy. Sedimentology
36, 1077—1090.

Cherchi  A.  &  Montadert  L.  1982a:  Oligo-Miocene  rift  of  Sardinia

and the early history of the Western Mediterranean Basin. Na-
ture

 298, 736—739,

Cherchi A. & Montadert L. 1982b: Il sistema di rifting oligo-mioce-

nico  del  Mediterraneo  occidentale  e  sue  conseguenze  paleo-
geografiche  sul  Terziario  sardo.  Mem.  Soc.  Geol.  Ital.  24,
387—400.

Chiocchini U., Franchi R., Guerrera F., Ryan W.B.F. & Vannucci S.

1980: Geologia di alcune successioni torbiditiche  cretaceo-ter-
ziarie appartenenti ai “Flysch Maurétaniens” e alla “Nappe Nu-
midienne”  del  Rif  settentrionale  (Marocco).  Stud.  Geol.
Camerti
 4, 37—66.

Costa E., Loiacono F., Moretti E., Morlotti E., Puglisi D., Villa G.,

Cassola  P.  &  Sbarra  R.,  1992:  Stratigrafia,  caratteri  di  facies,
petrografia e caratterizzazione strutturale del Flysch di Reitano
(Oligocene  inferiore,  Sicilia  NE).  Guida  all’escursione.  Notiz-
iario Gruppo Informale Sedimentologia del C.N.R.
, n. 10, Sup-
pl. al Vol. 54 (1) (1992), G. Geol. 1—21.

Crisci  G.M.,  Critelli  S.  &  De  Rosa  R.  1988:  Vulcanismo  sinsedi-

mentario  nella  successione  terrigena  della  formazione  di  San
Mauro  (Miocene  inferiore,  Unità  del  Cilento),  Appennino  me-
ridionale. Mineral. Petrogr. Acta 31, 159—178.

Critelli S. 1991: Evoluzione delle mode detritiche delle successioni

arenitiche  terziarie  dell’Appennino  meridionale.  Mem.  Soc.
Geol. Ital.
 47, 55—93.

Critelli S., De Rosa R. & Sonnino M. 1990a: Le Tufiti di Tusa (Mi-

ocene  inferiore):  un  esempio  di  sedimentazione  vulcanoclasti-
ca  in  Appennino  meridionale.  Notiziario  Gruppo  Informale
Sedimentologia del C. N. R
., n. 6, Suppl. al Vol. 51 (2) (1990),
G. Geol. 65—70.

Critelli S., De Rosa R., Sonnino M. & Zuffa G.G. 1990b: Significato

dei  depositi  vulcanoclastici  della  formazione  delle  Tufiti  di

In conclusion, it seems difficult to relate the provenance of

this alkaline volcanic fraction of the Reitano Flysch to the Oli-
gocene-Miocene Sardinia-Corsica magmatic arcs. The source
of the alkaline volcanism, in fact, may fairly be interpreted as
the result of magmatic events located closely to the sedimenta-
ry basin during extensional processes. Tentatively, the Reitano
Flysch  could  have  a  provenance  similar  to  that  already  sug-
gested for the Early Oligocene volcano-sedimentary beds from
the  Tertiary  Piedmont  Basin  (D’Atri  &  Tateo  1994).  In  this
way we would consider the deposition of the Reitano Flysch
as coeval to the incipient break-up of the southern paleomargin
of the European plate, which at that time included the Hercyn-
ian  basement  of  the  presently  deformed  Calabria-Peloritani
Arc. This rifting phase widely affected the western Mediterra-
nean region from the Rupelian-Chattian boundary (Cherchi &
Montadert 1982a,b; Fanucci & Morelli 1995, 1997), preluding
the opening of new oceanic areas (i.e. Algero-Provençal Basin
and  Sardinian  Rift,  Kezirian  et  al.  1994;  Carmignani  et  al.
1995) and the translation and counterclockwise rotation move-
ments  of  the  Sardinia-Corsica  microplate  during  Oligocene—
Miocene times (Beccaluva 1989; Patacca & Scandone 1989).
Therefore, the geodynamic significance of the alkaline neovol-
canic  fraction  of  the  Reitano  Flysch  may  be  linked  to  these
processes of tearing and thinning of the European continental
crust  occurred  during  Oligocene  times.  Successively  to  this
process of early continental rifting and together with the drift-
ing of the Sardinia-Corsica microplate, other volcanic events,
calc-alkaline in nature, are commonly recorded within the Late
Oligocene-Miocene  successions  widespread  along  the  south-
ern and northern Apennines as well as in the Sicilian Maghre-
bian Chain (i.e. Tusa Tuffites of Early Miocene age).

Acknowledgments: Financial support provided by the Ital-
ian MURST and by the Hungarian OTKA Foundation (Grant
n. T 014961, related to the K/Ar dating).

References

Amorosi A., Coccioni R. & Tateo F. 1994: The volcaniclastic bodies

in the lower Miocene Bisciaro Formation (Umbria-Marche Ap-
ennines, central Italy). G. Geol. 56, 1, 33—46.

Amorosi  A.,  Ricci  Lucci  F.  &  Tateo  F.  1995:  The  Lower  Miocene

siliceous  zone:  a  marker  in  the  palaeogeographic  evolution  of
the northern Apennines. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeo-
ecol.
 118, 131—149.

Ardito M.C., Colaluce G., Dazzaro L., Del Gaudio V., Lops B., Mo-

resi  M.,  Piccarreta  G.  &  Rapisardi  L.  1985:  Le  arenarie
dell’Appennino  Dauno  Osservazioni  geologiche,  mineralog-
iche e petrografiche.  In: Atti 3° Conv. Naz. “Attività  estrattiva
dei minerali di II categoria
, Bari 1985, 50—53.

Assorgia A., Brotzu P., Callegari E., Fadda A., Lonis R., Ottelli L.,

Ruffini R. & Abrate T. 1992: Carta geologica del distretto vul-
canico  cenozoico  del  Sulcis  (Sardegna  sud-occidentale).  Scala
1:50.000. S.El.Ca., Firenze.

Balogh K. 1985: K/Ar dating of Neogene volcanic activity in Hun-

gary:  experimental  technique,  experiences  and  methods  of
chronologic  studies.  ATOMKI,  Debrecen—Hungary,  Rep.  D/1,
277—288.

Bhatia  M.R.  1983:  Plate  tectonic  and  geochemical  composition  of

sandstones. J. Geol. 91, 611—627.

Beccaluva  L.,  Brotzu  P.,  Macciotta  G.,  Morbidelli  L.,  Serri  G.  &

background image

TERTIARY VOLCANO-ARENITES IN SICILY: PETROGRAPHY, AGE AND PROVENANCE                           

          21

Tusa  (Miocene  inferiore,  Lucania  meridionale).  Boll.  Soc.
Geol. Ital
. 109, 743—762.

Critelli S. & Le Pera E. 1990: Litostratigrafia e composizione della

Formazione di Pollica (Gruppo del Cilento, Appennino meridi-
onale). Boll. Soc. Geol. Ital. 109, 511—536.

Critelli  S.  &  Monaco  C.  1993:  Depositi  vulcanoclastici  nell’unità

del  flysch  Calabro-Lucano  (Complesso  Liguride,  Appennino
meridionale). Boll. Soc. Geol. Ital. 112, 121—132.

D’Atri A. & Tateo F. 1994: Volcano-sedimentary beds of Oligocene

age from the Tertiary Piedmont Basin (NW Italy): biostratigra-
phy and mineralogy. G. Geol. 56, 1, 79—95.

Delle Rose M., Guerrera F., Renzulli A., Ravasz-Baranyai L. & Ser-

rano F. 1994: Stratigrafia e petrografia delle Marne di Vicchio
(Unità  tettonica  Cervarola)  dell’alta  Val  Tiberina  (Appennino
Tosco-Romagnolo). Boll. Soc. Geol. Ital. 113, 675—708.

Fanucci  F.  &  Morelli  D.  1995:  Modello  cinematico  di  evoluzione

del  Mediterraneo  nord-occidentale.  Stud.  Geol.  Camerti,  Vol.
Spec. 1995/1, 383—390.

Fanucci F. & Morelli D. 1997: Il margine Sardo nel contesto geodi-

namico  del  Mediterraneo  occidentale.  In:  Convegno-Escur-
sione  su  La  “Fossa  Sarda”  nell’ambito  dell’evoluzione
geodinamica  cenozoica  del  Mediterraneo  occidentale.  
Vill-
anovaforru (Cagliari) 19—22 Giugno 1997, 81—83.

Feinberg  H.,  Maate  A.,  Bouhdadi  S.,  Durand-Delga  M.,  Maate  M.,

Magné  J.  &  Olivier  Ph.  1990:  Signification  des  dépôts  de
l’Oligocène  supérieur  et  du  Miocène  inférieur  du  Rif  interne
(Maroc) dans l’évolution géodynamique de l’Arc de Gibraltar.
C. R. Acad. Sci. Paris 310, 1487—1495.

Harland W.B., Armstrong R.L., Cox A.V., Craig L.E., Smith A. G. &

Smith  D.G.  1990:  A  Geologic  Time  Scale  1989.  Cambridge
University Press,
 Cambridge, New York, Port Chester.

Irvine T.N. & Baragar W.R.A. 1971: A guide to the chemical classi-

fication of the common volcanic rocks. Canad. J. Earth Sci. 8,
523—554.

Kezirian  F.,  Barrier  P.,  Bouillin  J.P.  &  Janin  M.C.  1994:  L’Oligo-

Miocène Péloritain (Sicile): un témoin du rifting du Bassin Al-
géro-Provençal. C.R. Acad. Sci. Paris 319, II, 699—704.

Le Maitre R.W. 1989: A classification of igneous rocks and glossary

of  terms.  Recommendation  of  I.U.G.S.  subcommission  on  the
systematics of the igneous rocks. Blackwell Scientific Publica-
tions
, Oxford.

Leterrier J., Maury R.C., Thonon P., Girard D. & Marchal M. 1982:

Clinopyroxene composition as a method of identification of the
magmatic  affinities  of  palaeo-volcanic  series.  Earth  Planet.
Sci. Lett.
 59, 139—154.

Loiacono F. & Puglisi D. 1983: Studio sedimentologico-petrografi-

co  del  Flysch  di  Reitano  (Oligocene-Miocene  inferiore,  Sicil-
ia). Boll. Soc. Geol. Ital. 102, 307—328.

Maccioni L., Marchi M. & Salvadori A. 1990: Eocene alkaline lam-

prophyre  in  south-western  Sardinia  (Italy)  (new  occurrence).
Rendiconti  del  Seminario  della  Facolt

à  di  Scienze  dell’  Uni-

versit

à di Cagliari, 60, 217—231.

Martín  Algarra  A.  1987:  Evolución  geologíca  alpina  del  contacto

entre  las  Zonas  Internas  y  las  Zonas  Externas  de  la  Cordillera
Bética.  Unpubl.  doctoral  dissertation,  Univ.  Granada,  D.  pto
Estratigrafía y Paleontología, 1171.

Mattioli M. 1997: Vulcanismo terziario nell’Appennino settentrion-

ale:  evidenze  da  clasti  andesitici  nell’Unità  di  Canetolo  e  da
corpi  vulcanici  sepolti.  Unpubl.  doctoral  dissertation,  Univer-
sità di Parma, 144.

Miyashiro  A.  1974:  Volcanic  rocks  series  in  Island  arcs  and  active

continental margins. Amer. J. Sci. 274, 321—335.

Odin  G.S.  &  35  collaborators  1982:  Interlaboratory  standards  for

dating  purposes.  In:  Odin  G.S.  (Ed.):  Numerical  Dating  in
Stratigraphy.  Wiley  &  Sons,  Chichester,  New  York,  Brisbane,
123—150.

Ogniben L. 1964: Arenarie tipo Taveyannaz in Sicilia. Geol. Roma-

na 3, 125—170.

Papini M. & Vannucci S. 1993: Intercalazioni vulcanoclastiche e sil-

icee  nelle  arenarie  del  Cervarola  del  versante  orientale  di  M.
Giovi (Firenze). G. Geol. 55, 51—69.

Patacca  E.  &  Scandone  P.  1989:  Post-Tortonian  mountain  building

in  the  Apennines.  The  role  of  the  passive  sinking  of  a  relic
lithosphere slab. In: Boriani A., Bonafede M., Piccardo G.B. &
Vai G.B. (Eds.): The Lithosphere in Italy.  Accademia  Nazion-
ale dei Lincei, CNR, 
Roma, 157—176.

Puglisi D. 1979: Variazioni composizionali nelle arenarie del Flysch

di  Reitano  (Monti  Nebrodi,  Sicilia  centro-settentrionale).  Min-
eral. Petrogr. Acta
 23, 13—46.

Puglisi D. 1992: Le successioni torbiditiche “tardorogene” della Si-

cilia orientale. G. Geol. 54/1, 181—194.

Puglisi D. 1994: Caratteri petrochimici delle arenarie delle unità tor-

biditiche  oligo-mioceniche  della  Sicilia  nord-orientale.  Miner-
al. Petrogr. Acta
 37, 393—415.

Puglisi  D.  &  Carmisciano  R.  1992:  Il  Flysch  di  Algeciras  (Oli-

gocene-Miocene  inf.?,  Cordigliera  Betica):  studio  petrografi-
co-sedimentologico  e  confronto  con  altre  unità  torbiditiche
della  catena  maghrebide.  Boll.  Acc.  Gioenia  Sci.  Naturali  di
Catania
 25, 340, 5—23.

Rivière  M.  1988:  Sédimentologie  et  géochimie  des  formations  du

Miocène  inférieur  des  Bétides  et  des  Maghrébides.  Implica-
tions  paléogéographiques.  Unpubl.  Doctoral  dissertation,
Univ. Paris-Sud, Orsay, 388.

Roser B.P. & Korsch R.J. 1986: Determination of tectonic setting of

sandstone-mudstone  suites  using  SiO

2

  content  and  K

2

O/Na

2

O

ratio. J. Geol. 94, 635—650.

Ruffini  R.  &  Cadoppi  P.  1994:  Evidence  of  trachytic  and  rhyolitic

volcanism  in  the  Miocene  succession  of  Monferrato  (NW  Ita-
ly). Atti Ticinensi di Scienze della Terra I, 297—311.

Scandone P. 1980: Origin of the Tyrrhenian Sea and Calabrian Arc.

Boll. Soc. Geol. Ital. 98, 27—34.

Steiger R.H. & Jäger E. 1977: Subcommisssion on Geochronology:

convention  on  the  use  of  decay  constants  in  geo-  and  cosmo-
chronology. Earth Planet. Sci. Lett. 12, 359—362.

Tateo  F.  1993:  Intercalazioni  vulcano-sedimentarie  nella  Formazi-

one  di  Antognola:  le  sezioni  “Rio  Nespolo”  e  “M.  Varano”
(Oligocene superiore, Appennino parmense). Mineral. Petrogr.
Acta
 36, 61—79.

Zuffa G.G. 1987: Unraveling hinterland and offshore palaeogeogra-

phy  from  deep-water  arenites.  In:  Legget  J.K.  &  Zuffa  G.G.
(Eds.):  Deep-marine  Clastic  Sedimentology:  concepts  and
Case Study. Graham and Trotman, 39—61.