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Abstract
The Northern Apennine (Italy) is characterized by the occurrence of low-grade metamorphic units derived from the Adria plate margin, which are the lowermost tectonic units of the apenninic nappe-pile. They are commonly referred to as the Tuscan Metamorphic Units and they comprise the Apuane Unit and the Massa Unit. These units, including basement rocks of Hercynian age and a Mesozoic-Tertiary sequence, were affected by a polyphase history of apenninic age, during which they reached their peak metamorphic conditions and were subsequently exhumed to the surface. This thesis provides new quantitative data about the structural evolution of the Massa Unit cropping out in the Punta Bianca area, derived from field mapping, progressive deformation studies and finite strain analysis and about the metamorphic conditions experienced by this unit. The low-grade rocks of Punta Bianca were affected by peak metamorphism characterized by white mica + chlorite + quartz + albite ± epidote assemblage in metapelites and new growth of Wm + Chl + Act + Ep in metabasalts. Structural-Geological mapping allowed recognizing three main ductile tectonic phases, followed by two brittle and brittle-ductile tectonic events. The first tectonic phase (D1) was related to continental collision and northeastward thrusting. The second tectonic phase (D2) was linked to the main exhumation stage of the metamorphic rocks, achieved during syn-orogenic extension. The later D3 phase was related to a renewal of the compressive tectonics. In addition an episode of brittle NE-thrusting (D4) is documented before the main event of high-angle normal faulting (D5). Finite strain analyses were performed on metabreccias and metabasalts with deformed strain-markers (clasts and vesicles), demonstrating that the D2 phase occurred under general flattening. In addition a study of progressive deformation was performed on vein sets developed in different moments during the tectonic history, allowing to reconstruct a more detailed tectonic evolution and to understand the complex relationships between structural elements formed during different moments of the tectonometamorphic evolution of the area. Furthermore samples were investigated at the microscale combining petrographic and structural approach. Preliminary Scanning Electron Microscope (SEM) studies were also performed on some samples. Observations at the microscale allowed to select a key area (230x450 μm) within a sample (CH8), which was chemically mapped (X-Ray maps) using the Electron Microprobe (EMP) of the University of Milan. This allowed recognizing two generations of white mica + chlorite, the first one growing on the S1 foliation and the second one on the S2 foliation. Point analyses were also performed on the same area on white micas and chlorites of these two generations, thus showing that they are chemically different. The application of chlorite geothermometry (Cathelineau, 1988; Jowett, 1991; Xie et al., 1997) allowed to constrain D1 phase at 330 ± 10 °C and D2 phase at 350 ± 5 °C. These data were combined with mica geobarometers (Massonne & Schreyer, 1987; Massonne & Szpurka, 1997), which give consistently lower P for sin-D2 white mica in respect to the earlier white mica (S1). The corollary of each estimate is briefly discussed in the frame of the geodynamic evolution of the Northern Apennines, where during the D1 phase peak of pressure was reached whereas the D2 was related to the first stages of exhumation and thermal peak.

Riassunto
L’Appennino Settentrionale presenta una struttura a falde in cui le Unità Toscane Metamorfiche (TMU), con metamorfismo di basso grado, occupano la posizione strutturalmente più profonda. Queste unità, che comprendono al loro interno un basamento ercinico e rocce di età Meso-Cenozoica, sono state interessate da un’evoluzione polifasica di età appenninica, durante la quale hanno raggiunto le condizioni di picco del metamorfismo e successivamente sono state esumate. Durante questa tesi è stato affrontato lo studio dell’evoluzione tettono-metamorfica dell’Unità di Massa che affiora nella zona di Punta Bianca, situata nel settore più interno dell’Appennino Settentrionale (La Spezia, Italia). Il rilevamento geologico e l’analisi mesostrutturale sono stati affiancati dall’analisi della deformazione progressiva di affioramenti chiave e dallo studio della deformazione finita. Sono stati riconosciuti tre principali eventi deformativi duttili seguiti da due eventi tettonici fragili e fragili-duttili. La prima fase (D1) è stata messa in relazione alla fase principale di impilamento delle unità tettoniche. La seconda fase (D2) è stata interpretata come legata al principale evento di esumazione dell’unità di Massa verso la superficie, avvenuta in un contesto estensionale sin-collisionale. Infine la terza fase (D3) è stata interpretata come legata ad una ripresa della compressione con sviluppo di pieghe dritte. Segue un evento deformativo fragile-duttile con sviluppo di thrusts vergenti verso NE (D4), precedente alla formazione di faglie dirette fragili ad alto angolo (D5). L’analisi della deformazione finita è stata eseguita su metabrecce e metabasalti contenenti strain-markers (clasti e variole rispettivamente) deformati essenzialmente durante le fasi D1 e D2, dimostrando condizioni di flattening generale, associate ad un ellissoide della deformazione oblato. Inoltre, lo studio della deformazione progressiva è stato attuato su diversi set di vene formatisi in differenti momenti della storia deformativa, permettendo quindi di riconoscere un’evoluzione tettonica più dettagliata. L’analisi microstrutturale è stata finalizzata allo studio delle principali deformazioni duttili e le relative foliazioni. Per studiare l’evoluzione metamorfica dell’Unità in esame, su campioni selezionati sono state svolte analisi preliminari al microscopio elettronico a scansione (SEM), finalizzate alla selezione di aree chiave che presentassero relazioni microstrutturali tra le diverse fasi deformative molto chiare. Tali osservazioni hanno permesso di selezionare un’area rappresentativa (230x450 μm) in un campione (CH8), che è stata caratterizzata chimicamente (mappe elementari a Raggi X e punti analisi) mediante la microsonda elettronica situata presso l’Università di Milano. Questo ha permesso di riconoscere due diverse generazioni di associazioni di mica bianca + clorite, sincinematiche rispetto sia alla foliazione S1 che alla foliazione S2 ma con diversa composizione. L’applicazione di diverse calibrazioni di geotermometri su clorite (Cathelineau, 1988; Jowett, 1991; Xie et al., 1997) ha permesso di stimare valori di temperatura di circa 330±10 °C durante la fase D1 e valori di circa 350±5 °C durante la fase D2. Sono stati inoltre applicati alcuni geobarometri basati sul contenuto in Si4+ della mica chiara (Massonne & Schreyer, 1987; Massonne & Szpurka, 1997), che hanno fornito valori di pressione variabili comprese tra 0,6-0,8 GPa per la fase D1 e 0,5-0,6 GPa per la fase D2, indicando una generale diminuzione di pressione passando dalla prima alla seconda fase deformativa. I dati P-T ottenuti, per quanto da intendersi come preliminari, supportano un modello dove la fase deformativa D2 è legata al principale evento esumativo delle TMU di Punta Bianca.