8
On the origin of fore-arc basins: new evidence of formation by rifting from the Jurassic of Alexander Island, Antarctica D. I. M. Macdonald 1 *{, P. T. Leat 1 , P. A. Doubleday 1 { and S. R. A. Kelly 1 } 1 British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, High Cross, Madingley Road, Cambridge CB3 0ET, UK The fore-arc basin problem Fore-arc basins represent a unique class of basin. In most classification schemes, they are viewed as `buckets', which form because of topographic difference be- tween the arc and the top of the accre- tionary prism. As they form passively, they do not fit genetic schemes of basin classification (e.g. Allen and Allen, 1990). Basin fill and geometry are con- trolled by uplift in the prism and changes in volume of arc volcanism. Fore-arc basins have lower-than-average thermal gradients (20±30 8C km 71 : Allen and Allen, 1990), supporting the idea that they are topographic hollows receiving sediment, rather than rift basins. How- ever, strain partitioning during oblique subduction can manifest itself as strike- slip motion along the arc±prism bound- ary, suggesting that some fore-arc basins may have originated by strike-slip fault- ing; there is some field evidence to sup- port this idea (e.g. Nell and Storey, 1991). Hitherto, there has been no direct evidence of active extension known from any fore-arc basin. This paper presents new field evi- dence from a Mesozoic fore-arc basin on Alexander Island, Antarctica, which is well-exposed, and is extremely rare 186 * C 1999 Blackwell Science Ltd ABSTRACT The Middle Jurassic±Lower Cretaceous Fossil Bluff Group of Alexander Island, Antarctica represents the fill of a fore-arc basin unconformably overlying an accretionary complex. Like most fore-arc basins, this example had been considered to have a passive origin, as a topographic hollow between the arc and the trench-slope break. Recent discoveries of igneous rock coeval with sedimentation have altered this view. Oxfordian± Kimmeridgian basaltic and rhyolitic sills and lava flows are found in a restricted area at the north of the basin, within a single formation. Chemically, most basalts are high-Nb types, which cannot have originated in a supra-subduction zone setting. Since the age of emplacement of these rocks coincides with a gap in the record of plutonism in the Antarctic Peninsula volcanic arc, it is concluded that a late Jurassic pause in subduction led to active rifting to form the fore-arc basin. Terra Nova, 11, 186±193, 1999 Ahed Bhed Ched Dhed Ref marker Fig marker Table marker Ref end Ref start *Correspondence: tel.:+ 44-(0)1224-273458; fax: + 44-(0)1224-272785; E-mail: [email protected] {Present address: Department of Geology and Petroleum Geology, University of Aberdeen, Aberdeen AB24 3UE, UK; {Present address: Amerada Hess Ltd, 33 Grosvenor Place, London SW1X 7HY, UK; }Present address: Kelly Consulting, 10 Belvoir Road, Cambridge CB4 1JJ, UK. O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O B B A A 70¡30’S 70¡30’S 70¡S 70¡S 69¡W 69¡W 0 0 400 400 km km Ablation Point Ablation Point Ethelbald Bluff Ethelbald Bluff Belemnite Point Belemnite Point Tilt Rock Tilt Rock Ethelbert Ridge Ethelbert Ridge Mount Alfred Mount Alfred Ablation Point Fm. Localities with igneous rocks Himalia Ridge Fm. Atoll Nunataks Fm. Selene Nunatak Fm. LeMay Group Key Fossil Bluff Group: O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 68¡W 68¡W 70¡S 70¡S 70¡W 70¡W 60¡W 60¡W Milky Way Milky Way Alexander Island Alexander Island hdd B Th th t f th F il Bl ff G E d g e o f ic e s h e l f E d g e o f ic e s h e l f A n t a r cti c P e n i n s u l a Zebra Ridge Zebra Ridge Faulted unconformity Fig. 1 (a) Position of Alexander Island; area shown in (b) shaded. (b) The northern outcrop of the Fossil Bluff Group, showing the position of the igneous rocks (v) relative to the outcrop of the Himalia Ridge Formation. Paper 244 Disc

On the origin of fore-arc basins: new evidence of formation by rifting from the Jurassic of Alexander Island, Antarctica

Embed Size (px)

Citation preview

�� ��� ����� � ������ ������� ��� ������ � � �������� ������� ��� ��� ������� � ��������� ������� ����� �� �

�� �� �� ���������� �� �� ����� �� �� ���������� �� �� �� �� ������������� ������� � ����� �� �� �������� ������� �� ���� ���� ������ ������� ���� �������� ��� �� � !"

��� ������� ��� ������

�������� ��� ������� � ����� ����� ���� �� �� ������ �� ������ ��� ��� ����� � ������ �� ���� ���������� �� ��������� ��������� ��� ���� �� ��� ��� �� �� �� �� ������ ����� ���� � ��� ���� ������� ��� �� �� � ���� � ����� �� ��������� �� ���� ����� ��� ������!""#$� %�� ��� ��� ����� �� ��� ���� ������������ � ��������������� ������ �� ��� �������� ����������� ���� ������ ����������� ������������ &#'(# �) ���!* ����� ��������� !""#$� ����� �� �� ��� �� ��� ��� ��������� ������ ������������ � �� ��� ��� �� ���� +�������� ��� ��� ���� ����� ����������� �� ��� ����� ��� � ������ �� �� ����� �� ���'��� ���������� ���� �� �� ��� �������������� ���� ����� �� �� ������ ���� ���, ���� ��� ���� ������� � ������ � ��� ���� -��� ��� . �����!""!$�+ ��� �� ���� �� ���� �� ���� ������� �� �� �� �/ ���� ��������� ��� �������� ����

0� ����� ����� ��� ���� �������� ���� � 1��2�� �������� ����� ���/����� �������� ��� ��� ���� ������/����� ��� �/ ������ ����

��� �� ���� ������ ������ ���

�������� �� !����� ������� "#���� $���� ���� %����� &�� '���( ���������� ������� ����� �� � ��(������� ��� ��� � � ������ ������� ��������� �������� �� � ��������� ��(���) #�*� ���������� ������� ���� ����(�� ��� ���� ��������� �� ���� �(������ ������ �� � ��(���(�� ������ ������� ��� �� ��� ������� �����(� ����*) +� ��� ��� ������� � ������ �� * ��������� ������������� ���� ������� ���� ����) ��������",���������� ������� ��� �������� ����� ��� ���� ���� ������� �� � ������ ��� ���� �� ��� ����� � ��� ������ ������ � �����

��������) $���� ����� ���� ������� ��� ����-� ��(��� ��� � ����� ���� ��������� �� � ��(�������� ���� .��� ������) /�� ���� �� � ��(�� ����� � ����� �� *� ��� �������� � �( �� ����� ��� � (�������� �� ��� ����� �� 0�������� ��� ��� �� � �� �� �� ����� ���� � ���� ������� (���� �� ����� ���� ��� �� � ��������� �� ��� ��� ������ �����)

�� � !�"� �� �#$%��& ����

����%���)���3���4�� �������� ������0���� ������4�� ���4�� ��

5)������������* ���*6 77� #$!&&7�&8(79:,

��/* 6 77� #$!&&7�&8&8:9,

;����* �����������<����������

�=���� �����* 3���� ��� �� >������

��� =� ������ >������� ?���� � ��

��������� �������� �%&7 (?;� ?@,

�=���� �����* ������� +� A �� ((

>������� =����� A����� .B!C 8+D�

?@, �=���� �����* @���� )���� ���

!# %����� 4���� )������� )%7 !EE� ?@�

OO

OOO

OO

OO

OOOOO

O

O

O

OOOO

O

O

O O

O

O OO

OO

O

OO

OOO

OO

OO

OOOOO

O

O

O

OOOO

O

O

O O

O

O OO

OO

O

OO

OO

O

O

O

O

O

O

O

O

O

OOOO

OO

OO

OOOOO

O

OOOO

O

O

OO

OO

O

O

O

OO

OO O

OO

O

O

OO

OO

OO

OO O

O

O

OO O

O

O

O

O

O

O

OOO

O

O

OO

OO

O

O

OO

OO

OOOOO

O

O

OOOO

O

O

OO

O

O OO

OO

O

OO

OOOO

OO

OOO

O

O

O

O

O

O

O

O

O

OOO

OO

OO O

OO

OO

O OO O O

O

O

O

O OOO

O

O

OO

O

OO O

OO

O

OO

O

O

O

BBAA

GeorgeVISound

70¡30’S 70¡30’S

70¡S70¡S

69¡W69¡W00 400400

kmkm

Ablation PointAblation Point

EthelbaldBluff

EthelbaldBluff

Belemnite PointBelemnite Point

Tilt RockTilt Rock

Ethelbert RidgeEthelbert Ridge

Mount AlfredMount Alfred

Ablation Point Fm.

Localities withigneous rocks

Himalia Ridge Fm.

Atoll Nunataks Fm.

Selene Nunatak Fm.

LeMay Group

Key

Fossil Bluff Group:

OOOO

O

O

O

O

O O

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O OO

OO

68¡W68¡W

70¡S70¡S

70¡W70¡W 60¡W60¡W

MilkyWayMilkyWay

AlexanderIslandAlexanderIsland

Fig. 1 A. Position of Alexander Island; area shown in Fig. 1B

h d d B Th th t f th F il Bl ff G

Edge of ic

e shel

f

Edg

e of

ice

shel

f

Ant

arct

i c P

enin

sula

Zebra RidgeZebra Ridge

Faulted unconformity

%�) � �$ =� �� �� ���/����� �����, ���� ���� � �$ ������ �$ 0�� ��� ������ ���� �� �� ��� %���� >����� ����� �� �� �� �� �� ����� ���� �$ ���� �� � �� �� ���� �� �� +���� 4��� ����� ���

=���� &77 3�

����� ����� �������� ��� ��������� �� ������ �� ���������� ���� �� ���� ��� ��� ��� 3�������� �� ��� !""($� 0�� ����� ���� �� � ����� � ������ �� ���� �� ���� �������� ���� �� -;���/����� ����� � !""(� 0�� �� �� ���� ��� ���� �� �� �� ����� ������� � �� �������� � �� ����������� �� ���$� �� �� ������ �� ���� �� ��� �� � ����� � �� �� ��� ��� ������ ������ �� � � ������ �� �� �������� ���� 0�� ����� �� ���� ������* �� � � ����� �� � �� � ��� ����� �� �� �� �� �/� ������ ������, ������ � �������� �� ������� ��� � �������� ���� �� �� ����� �� ����� ���� ��� � =������, ��� ���� � ���� �� �� ��� �������� �� ����� � ��� ���� ���� � ����������� ����� ���

���� � ����� � �� ����� ������� �

���/����� ����� ��� !$ ������� ���������� �� �� 1��2�� �� ��� � =������� ����� �� � ��� � ��� �� �� ����� ����� ������/ A� 1��>����$ ��� �� ������ � �������� ��� ����� �� �� ��� %���� >����$�/���� ����� �� �� ��� �� ������� =�� �� �� A� 1�� >���� ������ ������� �� � ����� �� 0�� ���������� ��� ��� ��� ���� . ���� ����� !""F$�

0�� ��� %���� >���� ��������� ���� ��� ��� ��� ����������� � �� 1���� E����';���� )�� ������ �����$ ��� ��� &$� 0� �� �� � �� ��� %���� >���� �� �������������� �� ���� �� ��A�1��>����� ��� ���� �� ���� ��� �� � ��G������������� ���� �� �� �� ������� ���� ��, � ���� ����� �� �� �� ���� ���� �� ��� �� ��� � ����� � ��� ����� �� ���� ����� ���� 3�������� �� �� !""($� 0� �� �� � �� )���2�� �� �� >����� H� .������� �� ������������ ��� ���

0�� ����� ����� � � ���� ������ ��� � � � � �� �� ������ ����� �� 8�& ��� �� ���� �� ���� ���� ����� �� ��� &$ ��� ������������ %� ����� � �� ��� !"::, 3��������� �� ��� !""($� 0�� ���� �� ������� � ��� �� ���� �� ���� �������� ���������� ������ � � ��������� �������� ���� 0�� .����� -���� �� ����� �� ��� ����� ��� �� ��� ��� -��� �� ����� �� ���� ���

���� ���� �� ����� ����� ���, �������� ������ � ��� ����� �� ����� � �� � ��� -��� �� ������ ��� ���� ��� ����� �� � � ��������� ���������� ���� �� �� +����4��� ����� ��� 3�������� �� �� !""($ � ����� �� � ��� �� ��������� ��� ����� �� ��� �� � �� %� �����'0 ����� � ������0��� ���� �� �� � �������� ������ � �� ����� ����� ��� ���� ��� ���������� ������ ����� ����������� �� ������� �� �� ������ �������� ��� � ������� �� ����������� ���� �

���� � � � ��������� ����

-� ���������� � ��� 1��2�� �������� �� �������� ���� ���� ��������� �� ��� %���� >���� �� � !""(����� �/ ���� �/����� �� ���� ���� ����� � �� ��� ���� ���� �������� ����� � �� ��� ���� ��� �� ���� ���� �� �� ����� ��� !�$� 0������� ��� �� ��� ����� ��� � ��+���� 4��� ����� �� ������������������ ��� ���������� � �� ��

.����� -��� �� ����� ��� ������� �� � 1���� E���� ����� 3�E�)�� ���� ���� ����� !""9$� 0�� +����� 4��� ����� �� ������ �� I/�������'����� @�������� ����� �� =�� ����� �� ��� ���� �������� � ��� ����� �, @���� ����� !""($�

0�� +���� 4��� ����� �� �� ����� ���� �������� ����� ��� �� )��������'����� H�������� !F!�('!7#1�� ���, +������ �� ��� !""#$� .�������� ���� ��� �� ����� ��������� � �� ����� ��� �� �� �� � ��������� ��� �� ��� � ����� �� � ���������� �� ������ ������� �� ��� ($� 0�� ������� �� ���� ����� ( �� ���� �� �� �� � %����� �=�� � ; ������� %���� ��� 0� 4��� ������ �� B��� �� �� �� � 1 ������ ��� ; ������ 4��� ��� �� ������� ������ ��� ������� �� �� ����� � �� ������ �� � �� ������ ����G�� ���� �� ��� ���� ���� ���������$� 0�� �� ���� ���� ���� ����� ��� �� �� �������������� �� ���� ����� ����� ��� �����2���� ��� (�

�� ���� ������ ������ ��� ��1

�� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��& �)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� ��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

Period Stage

AlbNeptune Glacier Formation

Pluto Glacier Formation

Spartan Glacier Formation

Himalia Ridge Formation

Fossil B

luff Group

Atoll Nunataks Formation

LeMay Group

LeMay G

roup

LeMay

Group

Selene NunatakFormation

Ablation Point Formation

Apt

Not

exp

osed

Not

exp

osed

Not exposedNot exposed

Brm

Hau

Vlg

Ber

Tth

Kim

Oxf

Clv

Bth

Baj

Aal

Toa

Plb

FormationWest East Group

??

112.0

124.5

131.8

135.0

140.7

145.6

152.1

154.7

157.1

161.3

166.1

173.5

178.0

187.0

194.5

J1

J2

J3

K1

%�) 2 A �� �� ������ �� �� ��� %���� >���� �� �� %� ����� � �� ��� !"::,3�������� �� ��� !""(, 1������� ��� @����� !""($� ��� �� ��� ��� � 1�� ����+������ �� �� !""#$�

=���� &77 3�

���� ����

������ ���� ����� � ��� ��� ������ ��� �� �� +���� 4��� ������ �� ������ �� ��� �� �� ���������� �� ���� 0� 4���� 0������� ���� ��� ���� ��� ��� ������� 0�� �� �� ��� � ����� �������� ��� � ��� ����� � ������ �� �� � ���� � ����� �� ����� ���� �� �� � ���� �� ����������� ��� 0������ � � 9J �� �� �� �� ���������� ������� !'& � ��� �������� �� ���������� ������ � �� ������ �G���� ��� �� ���� ��� �� �� ��� ��� �� �� �/������ 0�� �� ���������� ����� ��� ���� ����� ��G����� ��� ���� =�� � ��� �� �� � !#�� ���� �������� ����� � ����

������ �� �� ��� �� �� � �� �� ����� .��� ���� ������ ������ ���� �� � � �� � ����� � �� �� ���� ��� ����������� ��� .��� ���� �� ��� �� ���/�� �������� �� ������ ��� �����'����� ��� �� ��� �������� �������, ���� �������������� ���� �� �� ���� �� � ������� ��� 7�$� �� ����� �� ���� �� ������ � ���� ���� �/������������� ��� � �� � �/�� �� ���������� �� ����� � � ������������� ����� � ������ �/������������� �� �� �� ����� A�� ��� 0������� !"::$� ��� ����������� �� �� ��� ��� �� �� �� &&!���, @�������� !":&, �������� � ������ ��� � �� �� ��� !�! �� ����������� �� ����� $� 0��� �����

���� ��� � ����� �� � ������� ��������� � ���� �� �� ����� � ���� ���� ����� � ���� ���� ����� �� ���� ���

�� ��� ��� ���� �� ��� �� ���/���� �� ��� ��� � ������ ����� �� ���� ������� �� �� ������ � #������� � �� ����� �� ����*=���������')��������$� � ������� ������ �� ������ � ������$�������� � �� ����� �� ����* �����E����'+�� �����$� 0�� �� ������ �� 0� 4��� �� �� ���� �������� ��������� � ��� � �����B������ �� ����� �� ���� ���/���������� �� 0����� ��� B���� !"8&$�� ����� � �� ����� ��� �� �� �������� �� 0� 4���� ��� ����� �� �� I/������'0 ����� �� � E����$

��� �� ���� ������ ������ ���

�)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� �� �� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��&� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

%�) 3 . �� ������ �� �� �� �� ����� ����, ��� ���� �� �� �� ��� �� ��� !� -� � �� �� �� ������ �� �� ���� �� 1���B�� ���� ���� ���� 3�������� �� �� !""($�

=���� &77 3�

� .�� � ������ ��� �� �� ��� �=������ 3���������� !""#$� +�������� �� ��� ��� �� ��� ��� ������ �� �� ������ �� ��� �/�� 0�� @��������� . ��� � �� ��� �� ������2���� �� ������� �� ���� �� �� ��������������� )����� !":($ ��� ���%����� )����� !":9$�0��0 �����. ���� �� �� ��� � ������2�� �� ��������� �� �� ����� � &������%�$������ ��� ��'�������� )������� +���� � !"::, +���� � !":"$ ����� ��������� ��� )�������+����� � !"::$ ��� ��$� )���� ���@����� !""9$� 0�� ������ �� ��� �� ��� �/� � �� 0� 4��� ������ ���� � ����@�������� ���� �� ����� ��������� � ���� ���� � �� @�����

���� ����� � )������� �� ���������� ��� �� ��� �� �� � �� ����� %���� >���� � � ������ � 0 ������ �� �� �� ��� ��������� ��� ��I/������ ��� ����������

���� �� ���� ���� ��� ����������� �� ����� ���� � � �� ���� ��� I/������'@���������

����� � ����� ��� ����� ��� ��

=������ ��� ���� � ��� ����� � 0� 4���� ���� ����� � ; ������ 4���� I� �� �� ���� �� 1��� ������� ���� ����������������� ��������� �� � �� � &9 � ���� ����������� � ������� ��� ��� ���� � ��� � ��������2�� ��� &## � ������

�� +���� 4��� ����� �� ���� ���� 0�� ���� �� ������ ���/ ���� ����� � ����* �� ����������� �� ���� �� ����� ���� ���7�$� �� ����� ���� ��� ��� �� ������ ��� � � � ������� ���� 0������� �� � #'&9 �� ��� ��� � ������� ����� �� ����� 0�� ���� �� � & �� ��� ��� � ��� 0����� ��� �� ���� �� �� ����������� ������ ��� ��� �� ���� ��� ����� ������

I��� ������$���� ���� �� ��������� �� �� �� ���� � ��� ������� �� ���� ���� ���� ���� �� ��� �� �� ��� �� ��������������� �� 0� 4��� ��������

������� �����

������ ���� ���� �� ���� ��� ����� � !F9 �� ��� ��� ��� �������0�� ��� �� ����� ���� ��� ����� �0���� ��� � ��� / ���� � �� !�9'!: �� ���$� ��� � � ������� ����0���� ��� ��� �� ��� �� � ����������� � 0�� !& �� ��� ����� �� ��� �� � ��� ��� ������ 0�� �� ���/����� !! �� ��� ����� ���� ���� ��������� �� �� ���������� �������� �� ����� �� ��� ��� �� �������� ��� ��� ��� ��� ��� ������� �� � ! � � ���� �� ��� ��������� �� ��� ����� %� � �� ����� ��� � ����� �� � ����� � ������� �� �� ��������� �� ����� � ������ �� ������� ��� � ������ �

0�� ������� �� #������� ��� ��%����$��� ���� ���� � � �� 0� 4��� �������� �� ���� ����� �� �� �� ��������� ���� ���� ���� ����� �� �� ���������� ���� �0� 4����

�������� ����� ��� ��������� �����

� �� � ����� � � ���� ���� �� �� � !# ��$ �� �� ���� ���� � ���� ��������� � �� !## � �� �� � ����� �� �� �� �� ���� �� =�� ����� ���0��� �� �� ��� ��������� ���� ���� ����� � ���� �� ���@����������� %� ����� � �� ��� !"::$�

���� �� ������� �� ������

� ��� ����� �� �� ������ ������ � �� ����� ���� ��� �� ���� � ��������� ������ ��������� ������� ����� ������� ��� 0� ���� �� � ���� ��� �� �� �� �� ���� ����������� ������ +������� �� ���� �����

�� ���� ������ ������ ��� ��4

�� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��& �)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� ��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

%�) 5 �$ A��� � � ���� ��� �� � 0� 4���, �� � �� �G�� �� �� ��������� � � �� ��� ���� �$ =���� ����� �� ��� ��� �� �� +���� 4�������� �� �� �� �� ���� �� 1��� �������

=���� &77 3�

�� ���� �� �� ����� ���������� � �� �� ��� �� �� ���� ���� �� ����� � 0�� 1��� ���������� ��� �� ��� � ; ������� %������� ������� ������� ����� ���� ��������� �� ���� � ����� � � ���� ���� ����� � ;��������� �������� �������� � ���� ��������� I/������'@�������� �� !98�!'!9&�! 1�� ��� �� �������� +������ �� ��� !""#$�

�����������

0�� �� ��� ���� ���� � ���������� ��� ��� �K����� � �������� 0���� !$� 0�� ���� ���� ������ ��� � ��������� �� -�� @� )�� %���� 4�� �������� ���� �� � �� ����������� ���� � �� ��� ������ ���� ����� ��� �� �� �� �� � ����

��� �������� � ���� ������ ������ ������ � �� ��� �� ��� ����������� �������� 0�� ����� ���� L���������� ��� L�KD �� � 9�9'8�7$�������� � ��� ���� � ����� �������� I�%$ ��� ������������ ���� �0��� ���� ������ � ��� �������� ������� A4;;$ �������� A�KD�- M9�(':�!$� ���� � ��� �� ����� � � ����� ������� I�%� 0�� �������� ���� 0� 4��� ���� 0KD �� � 9("'99($ ����� �� I�%� ������ ������ �� ���� ; ������� %����� �� �����0KD &7:$� 0�� 0� 4��� ���� ������� -� ��� 0� ���� �� � � ��� ������� ��� ������ � � � ����� ������� � ����� A�K0�- M#�F9'#�:&� 0�K0�- M #�F('#�87$� ������ ��� � �� I�%� ���� �� ; ������� %�������� -��0������� �� A�K0�- M 7�#$ ��� 0��������� 0�K

0�- MF�!$� ����� �� ����� � �������� ��� 9$� 0�� ; ������� %�������� �� ���� ������ ��� ����������� �� � � 1��2�� � ;����0�� ��� ������������ ���� ���� ���� �� ��� ��� �� ��� � =������ ��� 9$����� ��� �������� � ���������� ��2��� � � �� .������ �� ��� !"":$�0�� 0� 4��� ���� ���� ���� ������� ��� ���� ������ �� � � )����2�� � 4���� ���� ���� ���/���������� ��� .��� -��� ��� �� ��� �=������ �� 9 ��� F$� ���� �� �� ���� �� �� )���2�� ����� ��� ������ � ����� � � ���������������� +���� !"::� !""#$� 4��� ���� I�%���� ���� ��� ����� � �� � E������� A� �)�� ����� �� ��� F$ � ��� �� �� ��� � =������ ����� � ��� .������ �� ��� !""8� !"":$, ��� ������� ��� �� ����������� ����� � �� ����� �� ���� 0�� 1��� ����������� � ��� ��� � ��� �����������������-� ���� �� � ��� ���� �� �� ����� ���� ��� ���2� �� � ���� ���������� ���� � �� �� ; ������� %������� ��� ��� �� ��� �� ��� �

I�%���� ����-�$ ���� ��� ��0� 4��� ����� ��� ������ � ����������� �� 2��� ���� �� �� ������ ������� ��� %��� �� ��� !""#$�� ���� � ��� �������� +���-����� ��� ���� � ����� � �� �������� ��� ����� �� ���� ���� �� ������ �� ��� � � � ��� ��������� ����� � ��� 0��� �� �� ���*� ����� ������� �� �� ��� � �/���� �� � ���� � ��������� ����� ���� ��G���� � �� ��� � ������� ����4����� ��� >��� !":"$,� ����� ����� ����� ��� � �� ����� � ����� ���� H���� ��� -�����!":"$, ���� �������� �� ��� ����� ����� �������� � � �� ��� �� �� �� ��� �=������ ����� )���2�� �� +���� !"::$�0� ��� ���������� �� ����-� �������� ���� ���� �� � ��� �������� � � ��� ����� �� �� �� ����� �� 2�������� ����' ����� � ���� �� �� ���������� � �������� ��������� ����� �� � �� �� �� ����������� �� ����� %����>���� �����������$ � ���* $ ������ E���� ������ �� ��� ���� � � ��� � � �� ��������� �� � ���� �� ������ ������, $ ������� ���� ���� �� ����� �� �� ���� ���� �� � ����� �� ��� ��� � ����� �� ����� ����� �� ���� ��� ����� �� ��G���� �� ��, �� $���� ����� ������ ��� �� ����

�46 �� ���� ������ ������ ���

�)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� �� �� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��&� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� � )������ ������ �� �� ��� ���� � �� ��� %���� >����� ���/����������� ����� ��� �� ���* ��G�� ������ ��� %�� )�� -�� -� 4�� .�� D� L�� 0�5�A�5 )�5 ��� -�5 �� C4� @���� ?���� �� ?@$� 4;; ��� 0�� 0�� +�� .� �� �-�� I��� ?���� �� ?@$� .����� ��� ���� �� � �� %� � �� ��� � .�����

/��(�� ,')5�3�)32 ,')5�34)3 ,')574�)2 ,')5756)3 ,')575�)5 ,')575�)7

���� -� -� -� -� -� .��� �"�

/��,��� /��,��� /��,��� � � ��-�� ������ )�����

������� ��� ���� ��� ���� ��� ���� 0�)���� �� ��� �+ �� ��� �+ ��

��/1 (&�&# (&�$2 ((�#( (3�(3 $��#( 22��4

��/1 ��21 ��#� ���( 4�#& 4�$4 4���

�1/& �(�3$ �3�42 �3�4$ ���$� ���(� �1�4(

5�1/&6�7 �1�2$ �4�14 ���4& ��&4 (�21 1�#3

�/ 4�&� 4��# 4��� 4��# 4�1$ 4�43

�*/ ��#& $�#& $�23 �&�12 4��3 4�3(

��/ $�23 ��3� #�(3 2�&2 ���& 4�4�

!�1/ ��3� 1�#$ 1��4 ���1 &�$$ 3�3�

�1/ 4�4& 4�1$ 4�(4 4�41 1�2( 4�(4

�1/3 4�&� 4�(& 4�1# 4�1� 4��1 4�4�

�/� #�(1 ��12 #��$ �4��& &�#� 4��3

���� ���$$ �44�13 �44�44 ���$3 �44��1 ���2&

�� 1# #2 �($ �$ 3&$ ��&

� (�1 111 �#3 ��3( 14 $

!� 1& 13 �( ( $ 1

!� &3� �1 2# &$4 �( �

�� & �& �# � �4$ �$

� &33 23( $�3 23� 1&� �&

8 �� 1� 1� 14 12 �2

9 �(� �3& ��3 ��� �## �31

�� �2�( 1��1 �&�� 1��4 1�� �1�

�� &��# ($�& &��� (3�� $4� &$�

!� 14�# 13�4 ���� 13�( 11� 1(�

�: (�3# 3�1( (�$4 3�(# % %

0� ���& ��#& ��3# ��3 % %

�� 4�$$ 4�2( 4�24 4�2& % %

8� ��3� ��2$ ��$2 ���4 % %

�� 4�1& 4�13 4�1( 4�1� % %

�) 1��$ 1�(( ��3& (��1 �� &�

�� ��$( ��#4 4��# 4�&1 % %

;+ &�&4 &�$4 1�#& 1��( % %

�� 11�# 1(�4 1&�# 1��4 % %

=���� &77 3�

����� �� � ����� �� ��� �� ������� � ������ ����� �� ��� ������

��� ���� � � � � ��� �

%� �� ������ ��� ��� �� �� ������ ���� �� I/������'@��������� ��� �� ���� ��, �� ������� ������ ���� ��� ������� �� ���� ����� ��� �� ����� �� �� �������� �� ���� 0� 4��� ���� �������� �� � =������ ���� ���� ��� ��� ���/����� ������ �� ������������ ��� ����� �/�� ���� �� �� � ���� ���� � � �� ������ � ��� �������� ���� � � ����� ��� �� ����� �� � ��������� 1������ � ���� � � ����� ��� �� ����� %���� >���� � .; ���/���������� ���� ������� � � ������ ��� � ����� ���� +���� ��� 0������ !"F8$�

0�� I�%����� �� � E���� ���� ����� ��� � ����� �� � ���� ���������� �� �� ��� �� ��� �� �� ��������� �� � ��������� ����� � �� ��������� .���� ����� ����� �� ������� �� ������ �� ��� �� �� �� �� ������ ��� � ��� �� �� �/ ���� � ��������� ���+���� !"::$�+������� ������ �� ���� ����� ���� ���� ������ �� �� ������� ��� ��� ��������� ������� ������ ���� ���� � ����� ���� ������������ �� ����� ���� ��� �� � ��� !## 1�� �� ���� �&#9'"81�$� � �������� ������� �� ����� ���� ���� ������ �� ����� ��� � ������� �� �������������� �� �� ������� � �������� �� �������� �� ������� ��� �� ��� ���������� ��� �� � �� ���� � �� ��� �� ��� �� ��� �� �������� �� � ������� � � ������� �/ ���� ������ ���������� ��� ���

%����� �� �� ���� ���� ��� ����������� ������� � ! ��($� ���� ����� ����� �� �/ ���� ��� �� �������� � ���� �������� 1�@��2� ���%����� !"::$�-���� ����� �� ��������� �� ����� � ���� �� �� �������� � ������� �� �/ ������ 0�� ���

�� ���� ������ ������ ��� �4�

�� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��& �)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� ��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

Th Nb Ta La Ce Nd P Sm Zr Hf Ti Tb Y Yb

1

100

500

10

100

500

10

50

5

2

200

20

50

200

20

KG.4639.3KG.4638.32KG.4591.2KG.4540.3

(a)

(b)

Roc

k/ch

ondr

ite

%�) 7 )����� ��������2�� ��� ������� ��� �� �� 0������� !":&$� �$ ���%���� >���� ���� � �$ )���2�� ��� ����� �� ����� �� ���� ���� ��� ��� $ +���� !"::� !""#$� 1��2�� ��� ����� )���2�� ������������ ���� � 99 � �J .I&$���� ����� ����$ ���� ���� ��� �� ���� ��� � =������ .������ �� ��� !"":$�

OIB-like

Alexander Island

Seal Nunataks

0.01

0.1

1

10

0.01 0.1 1 10

Ta/Yb

Th/Yb

MORB

alka

line

thol

eiitic

intra

plat

e

mag

mas

magmatic arc magmas

tholeiitic

calc-alkaline and shoshonitic

Tertiary post-subduction

Fossil Bluff Group mafic rocks

Antarctic Peninsulamagmatic arc

%�) � ��� $ 0�KD� �� 0�KD� ������ ������ �� �� =������ !":&$ ����������� %���� >���� ���� � � 1��2����� ;���� )���2�� ����� � ��� ������������� ����� �� ���� � ��� I�%���� ���� � 99 � �J .I&$ ���� ���� �� �� ��� �� �� �� ��� � =������ .������ �� ��� !"":$� ��� )���2���� ����� �� ���� ���� ���� ���/������ ����� +���� !"::$ ��� .���-��� �� +���� !""#$�

=���� &77 3�

���� �/����� �� ��� �� ��� ������ � ������� ������� �������� .������ -��� �� ����� ��$ � � �������� ���� ������ �� ���� ��� ����� �� +���� 4��� ����� ���� ���� �� 3�������� �� ��� !""($�

.����� �� ����� � �� �� ��� � =������� �� ����� � ���� ���� ���� ���� ���� ����� 1��2��'0��� ��� ��� �� ����� . ���� �������� �� !""!$ ���� �� �� ������� ����� � �� !99'!(9 1� � ������3� � �����2�� �� A�� �� �� !""9$�������� �� ���� ���� ������ ���� !""'!:! 1� ��� !9F'!7& 1� � ��� ����� ��� ���� ��� ��� �������B� � ����� �� ���������� ������ ��� � �� �� ����� ���� ���� ����� %���� >���� � ���� �� ������ �� ����� �����I/������'@��������� �� !98�!'!9&�! 1�, +������� �� ��� !""#$� ������ � � �� ��������� �� �� ����� �� ��� ���� 0���� ����� �� ������� ��������� �� ���. ���� !""#$� ��� ���� �� �� ����1����� � ���� �� ��� ������ ���� � =������ ���� �� � ���� �� ������ �� �� ���� ����� ����� ��� � ������� ��� ' ����� � ���� ��� 0��� ����� �� ��� ���� � ���� 1����� E����� �� ��� ��� ���� ��������?���� E���� 1���� �� ��� !""#$�.����� ���� �������� ���� ������� �� ;���� )�� ������

0�� ��� %���� >���� ��� �������� � � ��� � ��������2�� ����������� ����������� �� � ������������ � ����� ��� �� ������ ��� ������� �/ ���� ��� �� �� � ��� �� ��������� �������� ����������� �� �� ����� ���

�� �!������� ��

0�� �� ��� ��� ��� ���� � =� �� 1��������� I���� �� 1������ � �� %� ��� ��� � .����� %�.$ ��� � 4� ����� � �� ��� ��� ������� �� �� %�. ��?� � ��� � )�� �� 4�1� 0����� 4- ��� �� ������ ��� ��� �� +1. �� ��� ������� � ���� � ��� ���� ������ ��������� � �� %��� +���� -�� A�� ���@��� ����� ������� ��������� ����� �B� ���� 4����� ������� ��� ������ ���� �� ������ ���� �� � ������� ���+����� %������� ��� E��� .������ ��� ��� ������� ������

������ ��

������ =��� ��� ������ E�4�� !""#� ���������� %�������� .��� ��=����� ��� I/�����

����� ��� 0� ��� . ����� %�)�� !""#��� ��� � =������ ��� ��� ��������� ���� �* ���� �� �� ����' ����� � ���� �� ����� >���������������� () *���) ���) #���� ����9"9'9":�

%���� 4�1�� ? ��� ��E� ��� >���� ��A��!""#� 0�� ���� �� ������� ����� � ��� ����� � � �� ���� � ����� �� 2���* �� -�� ��� %��� � -�� � ������ -��L������� () &�����) *�������) ���)� ���99'8#�

%� ����� �� =�E�� )����� E���� +���� �=�E� ��� 1��������� 3���1�� !"::�A �� �� ������ �� �� ?���� E�����A���� )�� ����� �� � �� �� ������/����� ������ �� ��� ��� ������� ����)� �� &7"'&F7�

)����� E���� !":(� 0�� ��������� �� ��?���� E���� ������������������������ @�������$ �� ��I����� )�� � �� ��� ��� () ����) �� �)���� F!'8F�

)����� E���� !":9� -�� A� � E�����/� ��� ������ ���� �� �� ��� �=������ ������ ��) �����) � ��) � ��)���� (9'99�

)����� E��� ��� +���� � =�E�� !"::� A� �E���� ��� ;���� )�� ������� �� ������ �� �� ��� %��������� ��� ���/����� ������ ��)�����) � ��) � ��)� ��� !'(9�

)����� E��� ��� @����� .�4���� !""9�)���� �� ��� � ��� �� �� ���������� ������ ���� ��$��+���������� ��� :8'!#(�

3���������� .�;�� !""#� 1���� E������������ ���� ����� ��� ()+������)� ��� 8(F'89"�

3��������� =���� 1��������� 3���1� ���-���� =���4�� !""(� .����� ����� ��� ��� ��� �� �� ���������� � ����������� ��� �� � �� 1��2�� �����/����� �������� ��� ���*���)��)����� 8(8'897�

+������� B�%�� ��� ����� 4�A�� )�/���H�� )����� A�;�� .� �� ��>� ���.� �� 3�>�� !""#��*������� ��� �����,-,� )������� ?���� � =���)��������

+���� 1�E�� !"::� =� ������ �� �������������� ����� �� �� ��� � =�������() *���) ���) #���� ��� ":9'"":�

+���� 1�E�� !""#� >��������� ����� �� ��=�������4���� �� ������ �� ��������� ���� .��� -��� ��� �� ��� �=������� () &�����) *�������) ���)���� !7"'!F8�

+����� 4�4� ��� 0������ 1�4���� !"F8�=� ��� �� ���� �� � ���� � �� ���� ���/����� ������ ��) �����) � ��)� ��)� ��� !7'&7�

+���� � =�E�� !":"� A� � E����'�����)�� ����� ���������� �� �� ������/����� ������ �� ��� ��� �$��) +$)+������)� ��� !'8&�

@����� .�4���� )�� ���� 3�E�� 3���������=��� ��� 1��������� 3���1�� !""(� -��

E���� ������� � ��� �� �� ���������� ���/����� ������ �� ��� ��� ��*��.��� /������� ���$��� � �( ����� *������� �������� �' +��������� ������ -� 1�� �� ��� 3�%���� ��$� ( ��� >�������� .��� ��A������

@�������� %�=�� !":&� ����2� �� �� �� ����� ����� �� ���������� ��������� �� ����� ����� ����� () *���)���) #���� ���� &!'((�

A�� � =�0� ��� 0������� 4�-�� !"::�1����� ������������ � -B)�������� ?.�� ������� �� �/������/�� �� ��� ����� ��� �� ����� �� ��) &�����)� �� &&"'&7(�

A�� � =�0�� .������� E�+� ��� 1����� ��A��!""9� I� �� �� ��� � =�������� ��� �� *���) ��)� ��� (""'7!&�

1�@��2�� 3� ��� %����� 1�E�� !"::� 0�������� ��� ����� �� �� ��� ������ �� �� �/ ���� �� �� � ��������() +�����)� �� F&9'F8"�

1����� ��A�� 1���� ��E� ��� B� ������>�� !""#� ������ �� �� .��-������ ��� ��� �� �� ������ �� ��� ����>����� A���� �� ��� � =�������0�������� *���) +�1��)� �� "8'!#7�

1�������� ��)�1� ��� @����� .�4���� !""(�A �� �� �������� ��������� ���%���� >���� ;���� )�� �����$ �����/����� ������ �� ��� ��* � ��� ���� ����� ��������������� � ���)� ���!'!9�

-���� =���4�� . ����� %�)�� !""!� . ������ �� ��� � �� �� �� ��� � =��������������� ��* *�������� ���� ��� �'������� 1�4��� 0����� �� ��� ���$���� 77('77:�)�������?���� � =���)��������

=������ E���� !":&� 0���� ������ ������ �� � �� ���� ���� �� ��� ����� � ��������� ��* �������� 4�.�0������ ���$� ��� 9&9'97:� E��� B����)���� ���

4������ 1�@� ��� >��� E�%�� !":"�)��/ �� ����������� ��� ����-����� ���� 0������� H������� )� �4��* ����� �� ��� ������ �� � ���� ����� ������ () *��$���) ���)� ���7F!"'7F((�

.������� E�+�� H������� ��=�1� ��� A�� �=�0�� !""8� 4���� ����� ������������� � ���� �� ��� �� ��� �������� �����* ���� ���� �� ��� �=������ ���� ����� ��� ���� ��&99'&9"�

.������� E�+�� A�� � =�0�� B������� )�3���� 1����� ��A�� !"":� >������ �� ������ ���� � �� �� ��� � =��������� ��� �������� �� ��� �* � ������ ����� ����� ��� ����) ����) +�����)� ����&:"'(#9�

. ����� %�)� ��� ����� ��� 0�� !""!�0�� �������� � ��� ��� ��>��������������� �����* ������� ���� ����� ��=���� ����� �� �� ��� ��� �������� ��� !&87'!&::�

�42 �� ���� ������ ������ ���

�)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� �� �� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��&� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

=���� &77 3�

. ����� %�)�� %����� 4�B�� )�� ��� �� �� �)�!""F� ��� ���� ������� ��� �� ����� �� ��� ����� �� �� � 1��2���)���2�� ��������� �� ��� ��� () *���)���) #���� ��� F9':&�

0������� 4�-�� !":&� 1���� � �� ��%� � 0�� ��� H������ =������� �����)() *���)� ��� 7"'!#8�

0������ 1�4��� ��� B����� A�;�� !"8&�?���� E���� ��� A���� )�� �����/����� � %�����$ ���� �� ��� ���/����� ��������) �����) � ��) � ��)��� !'!"�

H����� .�=� ��� -����� .���� !":"��� ��� ��� ���� ������ ��� ��� �� �� ���� ��� ����� �� �� ������� ���

������������ ����� � �� ��� ��� ���1�/�� ������� ��� � ()*��$���)���)� ���79(!'7977�

�������� 2 �$��� �,,,3 ������� ���������$��� 4- 5������ �,,,

�� ���� ������ ������ ��� �43

�� � !�"� '� �� !�� ( �#$%��& �)� � �*� �+ +� �,� � ��-�- � �� �� �� ������� �� ��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

=���� &77 3�