Karbonat kayaları, sedimanter kayaçların önemli bir kısmını oluşturur ve jeoloji, petrol ve gaz arama gibi birçok alanda büyük önem taşır. Saha jeolojisi derslerinde, bu kayaların incelenmesi ve yorumlanması önemli bir yer tutar. Laboratuvar çalışmaları ise sahadan toplanan örneklerin daha detaylı analizini sağlayarak jeolojik geçmişe dair önemli bilgiler sunar.
Karbonat kayalarında yapılan laboratuvar yöntemleri, makro ve mikro incelemeler olarak iki ana başlık altında yapılmaktadır. Makroskobik incelemeler sahada ve el örneğinde renk, sedimanter yapı ilişkileri için, mikro incelemeler ise karbonat tane bileşenleri, mineralojik ve diyajenez, porozite süreçleri belirlemek için yapılmaktadır.
Makro İncelemeler
Kesme parlatma yöntemleri
Kaya örneğinin tabakalanmaya dik kesilerek 5 – 10 mm kalınlığında ve 5 – 10 cm2’lik plaketler şeklinde hazırlanmasıdır.
Kesme parlatma yöntemi, kayaç örneklerinin petrografik mikroskop altında incelenebilmesi için ince kesit ve cilalı plaka hazırlamada kullanılan temel bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, kaya örneği tabakalanmaya dik kesilerek 5-10 mm kalınlığında ve 5-10 cm²’lik plaketler halinde hazırlanır. Daha sonra bu plakalar bir dizi aşamadan geçirilerek pürüzsüz ve parlak bir yüzey elde edilir.
Kesme Parlatma Yönteminin Aşamaları
- Kesme: Kaya örneği, elmas bıçaklı bir kesme makinesi veya demir testeresi ile tabakalanmaya dik olacak şekilde kesilir. Kesim sırasında aşırı ısınma ve kaya örneğinin yapısının bozulmaması için su veya soğutma sıvısı kullanılır.
- Yontma: Kesilen plakanın kenarları ve yüzeyi, pürüzleri ve düzensizlikleri gidermek için zımpara kağıdı veya elmas taşlama diski ile yontulur.
- İnceletme: Plakayı inceltmek için otomatik veya manuel inceletme makinesi kullanılır. Bu aşamada plaka, istenilen kalınlığa (genellikle 5-10 mm) ulaşana kadar aşındırılır.
- Parlatma: Plakayı pürüzsüz ve parlak hale getirmek için çeşitli aşındırıcı ve parlatma tozları kullanılır. Elmas macunu veya alümina tozu gibi farklı parlatma tozları, farklı aşamalarda kullanılabilir.
- Yapıştırma: İnce kesit, cam veya plastik bir lam üzerine epoksi reçinesi veya Kanada balsamı gibi bir yapıştırıcı ile yapıştırılır. Yapıştırma işlemi, ince kesitin kaymasını ve kırılmasını önler.
- Etiketleme: İnce kesit, numara, kayaç tipi ve diğer gerekli bilgiler içeren bir etiketle etiketlenir.
Kesme Parlatma Yönteminin Kullanım Alanları
- Jeoloji
- Mineraloji
- Petrografi
- Paleontoloji
- Mühendislik jeolojisi
- Madencilik
- Petrol ve gaz arama
Asetat film yöntemi
Parlatılmış el örneği 3 – 5 saniye %10’luk HCl’de tutulur. Üzerine aseton dökülür. Sonra aseton yerleştirilir. Sonra bu film alınarak iki cam arasına konur ve incelenir.
Asetat film yöntemi, karbonat kayalarında bulunan kalsit ve dolomit gibi mineralleri ayırt etmek için kullanılan bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, parlatılmış bir el örneği %10’luk hidroklorik asit (HCl) çözeltisine batırılır ve ardından aseton ile kaplanır. Aseton buharlaştıkça, kayaç örneğinin yüzeyinde ince bir asetat film tabakası oluşur. Bu film, minerallerin farklı çözünürlüklerine bağlı olarak farklı renklerde ve dokularda oluşur.
Asetat Film Yönteminin Aşamaları
- El örneği hazırlama: Kayaç örneği kesilir ve parlatılır.
- Asit banyosu: Parlatılmış el örneği 3-5 saniye boyunca %10’luk HCl çözeltisine batırılır.
- Aseton kaplama: HCl çözeltisinden çıkarılan el örneği aseton ile kaplanır.
- Film kurutma: Aseton buharlaşarak ince bir asetat film tabakası oluşturur.
- Film incelemesi: Asetat film, petrografik mikroskop altında veya stereomikroskop altında incelenir.
Asetat Film Yönteminin Avantajları
- Hızlı ve basit bir yöntemdir.
- Özel ekipman gerektirmez.
- Kayaç örneğinde hasara neden olmaz.
- Kalsit ve dolomit gibi mineralleri ayırt etmek için kullanılabilir.
- Karbonat kayalarında diagenetik değişimleri takip etmek için kullanılabilir.
Asetat Film Yönteminin Dezavantajları
- Deneyim ve beceri gerektirir.
- Yalnızca kalsit ve dolomit gibi bazı mineralleri ayırt edebilir.
- Mikrokristalin ve peloidal kayaçlarda çok net sonuçlar vermeyebilir.
Mikro İncelemeler
Taramalı Elektron Mikroskop Yöntemi (SEM)
Adams vd. 1984’e göre tane tipli, gözenek, doku ilişkisi, mineralojik bileşim, taşınma ve diyajenez incelenebilir.
Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), kayaç ve mineral örneklerinin mikro ve nanometre ölçeğinde detaylı görüntülerini elde etmek için kullanılan bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, elektron demeti ince bir odak noktasına odaklanır ve numunenin yüzeyini tarar. Elektronlar numune ile etkileşime girdiğinde, çeşitli sinyaller üretilir ve bu sinyaller kullanılarak görüntüler oluşturulur.
SEM’de Görüntü Oluşturma
- Sekonder Elektronlar: Numunenin yüzeyinden çıkan elektronlar, numunenin topolojisi hakkında bilgi verir.
- Geri Saçılan Elektronlar: Numunenin atom numarasına bağlı olarak farklı yoğunluklarda saçılan elektronlar, numunenin kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir.
- Karakteristik X-ışınları: Numunenin atomlarından gelen X-ışınları, numunenin elementer bileşimi hakkında bilgi verir.
SEM’de Kayaç ve Mineral Örneklerinin İncelenmesi
- Tane Tipi ve Dokusu: Taneciklerin boyutu, şekli, dağılımı ve birbirleriyle ilişkileri hakkında bilgi verir.
- Gözenek Sistemi: Gözeneklerin boyutu, şekli, dağılımı ve bağlantıları hakkında bilgi verir.
- Mineralojik Bileşim: Kayaç veya mineralin minerallerini ve bunların kimyasal bileşimini belirlemek için kullanılır.
- Taşınma ve Diyajenez: Kayaçların taşınma ve diagenetik geçmişi hakkında bilgi verir.
X Işınları Difraksiyon Yöntemi (XRD)
Öğütülmüş numune üzerinde çekilen X ışını difrenktogramında yer alan farklı minerallere ait piklerin konumundan yararlanılır. Petrografi yöntemi ile tanınamayan örneğin dolomit bu yöntemle tayin edilebilir. Mineralojik amaçlı çalışmalarda öğütülmüş örnek 2 – 60 dereceler arasında taranır. Bu aralıkta tarama amacı kalsitin 29,43 2Q’deki 104 ve dolomitin 29 – 43 derece 2Q’deki 104 pikleridir.
X-ışınları difraksiyon yöntemi (XRD), kristalin malzemelerin atomik yapısını ve kimyasal bileşimini analiz etmek için kullanılan bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, X-ışınları bir numuneye gönderilir ve numunedeki atomlar tarafından saçılır. Saçılan X-ışınlarının açıları ve yoğunlukları, numunenin kristalografik yapısı ve kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir.
XRD’nin Avantajları
- Hızlı ve basit bir yöntemdir.
- Yıkıcı olmayan bir yöntemdir.
- Numunenin çok az miktarına ihtiyaç duyar.
- Kristalin fazları ve amorf fazları ayırt edebilir.
- Minerallerin kimyasal bileşimini belirleyebilir.
- Kristallerin boyut ve şekli hakkında bilgi verir.
XRD’nin Dezavantajları
- Amorf malzemeleri analiz edemez.
- Karmaşık minerallerin analizinde zorluk yaşanabilir.
- Kalitatif ve kantitatif analizler için farklı deneyler ve hesaplamalar gerekir.
XRD’de Veri Analizi
- XRD difraktogramı: X-ışınlarının yoğunluğunun açıya göre grafiğidir.
- Pikler: Difraktogramda minerallere ait karakteristik pikler bulunur.
- Pik konumu: Piklerin konumu, mineralin kristal yapısı hakkında bilgi verir.
- Piklerin yoğunluğu: Piklerin yoğunluğu, mineralin konsantrasyonu hakkında bilgi verir.
Katod Lüminesan Yöntemi
Düşük enerjili elektron demeti parlatılmış kesit üzerine gönderilir. Mn ve Fe’den kaynaklanan zonlamalar konusunda, deniz suyunun Eh ve pH konusunda bilgi edinilebilir.
Katod lüminesan yöntemi (CL), kayaç ve mineral örneklerinin lüminesans özelliklerini inceleyerek kimyasal bileşimi ve diagenetik geçmişi hakkında bilgi edinmek için kullanılan bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, parlatılmış bir kayaç kesiti düşük enerjili bir elektron demeti ile bombardımana tutulur. Elektronlar numunedeki atomlarla etkileşime girer ve ışık yayılmasına neden olur. Yayılan ışığın rengi ve yoğunluğu, numunenin kimyasal bileşimi ve kristal yapısı hakkında bilgi verir.
CL’de Veri Analizi
- CL görüntü: Numunenin farklı bölgelerinin lüminesans özelliklerini gösteren bir görüntüdür.
- Spektrum: Yayılan ışığın dalga boyuna göre yoğunluğunu gösteren bir grafiktir.
- CL pikleri: Spektrumda minerallere ait karakteristik pikler bulunur.
- Piklerin konumu: Piklerin konumu, mineralin kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir.
- Piklerin yoğunluğu: Piklerin yoğunluğu, mineralin konsantrasyonu hakkında bilgi verir.
Petrografik Yöntemler
Petrografi mikroskobu ile ve boyama yöntemi ile kaya örneğinin porozite ve diyajenez özellikleri saptanabilir. Kaya örneklerini ayırmak için örneğin kalsit, dolomit gibi boya tekniği kullanılır. Petrografik yöntemler, kayaçların mineralojik, kimyasal ve dokusal özelliklerini inceleyen bir dizi laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemler, kayaçların oluşumunu, kökenini ve diagenetik geçmişini belirlemek için kullanılır.
Petrografik Yöntemlerin Türleri
Polarize Işık Mikroskobu: Kayaçların minerallerini ve dokularını incelemek için kullanılır.
Elektron Mikroskobu: Kayaçların minerallerinin ve dokularının daha detaylı incelenmesi için kullanılır.
X-Ray Difraksiyonu: Kayaçların minerallerini ve kimyasal bileşimini belirlemek için kullanılır.
Jeokimyasal Analizler: Kayaçların element ve izotop bileşimini belirlemek için kullanılır.
Polarize Işık Mikroskobu
Polarize ışık mikroskobu, petrografik incelemelerde en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntemde, kayaç ince kesiti polarize ışık ile aydınlatılır ve farklı mineraller farklı renklerde ve ışık şiddetinde görünür. Bu sayede kayaçtaki minerallerin tanımlanması ve dokularının incelenmesi mümkün olur.
Elektron Mikroskobu
Elektron mikroskobu, polarize ışık mikroskobundan daha yüksek büyütme ve çözünürlük sağlayan bir yöntemdir. Bu yöntemde, kayaç ince kesiti elektron demeti ile bombardımana tutulur ve elektronların numune ile etkileşimi sonucu oluşan sinyaller kullanılarak görüntüler oluşturulur. Elektron mikroskobu ile kayaçların minerallerinin ve dokularının daha detaylı incelenmesi mümkün olur.
X-Ray Difraksiyonu
X-ışınları difraksiyonu, kayaçların minerallerini ve kimyasal bileşimini belirlemek için kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, kayaç tozu X-ışınları ile bombardımana tutulur ve X-ışınlarının numunedeki atomlar tarafından saçılması sonucu oluşan sinyaller kullanılarak difraktogram oluşturulur. Difraktogramdaki piklerin konumu ve yoğunluğu, kayaçtaki minerallerin ve kimyasal bileşenlerin belirlenmesini sağlar.
Jeokimyasal Analizler
Jeokimyasal analizler, kayaçların element ve izotop bileşimini belirlemek için kullanılır. Bu bilgiler, kayaçların oluşum kaynağını, kökenini ve diagenetik geçmişini belirlemek için kullanılır.
Floresan Mikroskop Yöntemi
Petrografi mikrosplarına monte edilen floresan ışık demeti yardımıyla porozite – diyajenez ilişkisi tanımlanır (Davis ve Yurewicz, 1985).
Floresan mikroskop yöntemi, kayaç ve mineral örneklerinin floresan özelliklerini inceleyerek kimyasal bileşimi ve diagenetik geçmişi hakkında bilgi edinmek için kullanılan bir laboratuvar yöntemidir. Bu yöntemde, kayaç ince kesiti floresan ışık ile aydınlatılır ve bazı mineraller ve organik maddeler farklı renklerde ışık yayar. Yayılan ışığın rengi ve yoğunluğu, numunenin kimyasal bileşimi ve diagenetik geçmişi hakkında bilgi verir.
Floresan Mikroskop Yönteminin Avantajları
- Hızlı ve basit bir yöntemdir.
- Yıkıcı olmayan bir yöntemdir.
- Numunenin çok az miktarına ihtiyaç duyar.
- Minerallerin ve organik maddenin kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir.
- Diyajenetik ve metamorfik değişimleri takip etmek için kullanılabilir.
Floresan Mikroskop Yönteminin Dezavantajları
- Karmaşık minerallerin analizinde zorluk yaşanabilir.
- Kalitatif ve kantitatif analizler için farklı deneyler ve hesaplamalar gerekir.
- Organik madde içeren numunelerde floresan sinyalleri zayıf olabilir.
Enerji Dağılımlı X Işınları Mikroanaliz Spektrometresi (DES)
Sem ile birlikte çalışır. Tane veya nokta üzerinde kalitatif ve kanitatif kimyasal analiz yapılabilir.
Enerji Dağılımlı X Işınları Mikroanaliz Spektrometresi (EDS), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile birlikte kullanılan bir analiz yöntemidir. Bu yöntem, numunenin belirli bir noktasından gelen X-ışınlarının enerjisini ve yoğunluğunu ölçerek numunenin kimyasal bileşimini belirler.
EDS’nin Kayaç ve Mineral Örneklerinde Kullanım Örnekleri
- Karbonat kayalarında kalsit ve dolomit gibi minerallerin kimyasal bileşiminin belirlenmesi
- Kumtaşlarında kuvars ve feldispat gibi minerallerin kimyasal bileşiminin belirlenmesi
- Volkanik kayalarda cam ve kristallerin kimyasal bileşiminin belirlenmesi
- Metamorfik kayalarda minerallerin kimyasal bileşiminin belirlenmesi
- Diyajenetik ve metamorfik değişimlerin kimyasal açıdan incelenmesi