Geri Dön

Yer bilimlerinde LA-HR-ICP-MS tekniği ile U-Pb tarihlendirme çalışmaları için metot geliştirilmesi ve uygulanması

Method development and application of U-Pb geochronology in earth sciences using LA-HR-ICP-MS

PDF İndir

  1. Tez No: 1019366
  2. Yazar: MERVE CANER
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET AKİF SARIKAYA, PROF. DR. GÜRSEL SUNAL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Jeoloji Mühendisliği, Geological Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Katı Yer Bilimleri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Jeodinamik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez çalışmasında, Türkiye'de ilk kez yüksek çözünürlüklü indüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometresi (HR-ICP-MS) ile lazer aşındırma sisteminin birlikte kullanıldığı bir altyapıya sahip olan TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü İnorganik Kimya Laboratuvarı'nda uranyum-kurşun tarihlendirmesi için kapsamlı bir metot geliştirme çalışması gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, U-Pb zirkon jeokronolojisi için gerekli tüm analitik aşamalar detaylı biçimde ele alınmış ve bundan sonraki çalışmalara yol gösterici olması amacıyla sistematik bir metodoloji ortaya konmuştur. Metot geliştirme sürecinde lazer enerjisi, spot çapı, frekans, taşıyıcı gaz debileri, plazma koşulları ve kütle spektrometresi parametreleri hem manüel optimizasyon yaklaşımıyla hem de deneysel tasarım (Design of Experiments, DoE) yöntemi kullanılarak optimize edilmiştir. Bu parametrelerin yanında helyum gazından gelen civa kirleticisini kanıtlamak amacıyla bir takım farklı gaz akışlarında okumalar yapılmış ve sonrasında bu kirleticilerin engellenmesi için ticari olarak piyasada bulunan özel civa tutucu filtreler temin edilmiştir. Kirleticinin ne derecede iyileştiğini kanıtlamak amacıyla tüm okumalar yeniden yapılarak kıyaslanmıştır. Civanın farklı izotopları için sinyal şiddetinin yaklaşık üçte bire düştüğü (≈ %67 azalma) gösterilmiştir. Ayrıca izotop oran ölçümleri öncesinde mutlaka ICP-MS cihazlarında hesaplanması gereken dedektör ölü zamanının çalışılacak izotoplara göre nasıl hesaplanacağı bu tez çalışmasında detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Deneysel tasarım çalışmaları Minitab yazılımı ile yürütülmüş, parametreler arasındaki etkileşimler istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Metot geliştirme aşamasında kullanılan parametrelerin birbirlerinden ne derecede etkilendiği, hangi parametrelerin sinyal büyüklüğü üzerinde etkileri olduğu grafikler ile gösterilmiştir. Yöntemin doğruluğu ve tekrarlanabilirliği ikincil zirkon referans malzemeler kullanılarak test edilmiş, U-Pb yaş hesaplamaları Iolite yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Bu yazılım sayesinde LA-ICP-MS analizlerinde meydana gelen kesirleşmenin önüne geçilmiştir. Bu amaçla her analiz öncesinde, her beş örnek okuması arasında ve analiz sonunda mutlaka birincil zirkon referans malzemesi 91500 okutularak düzeltmelerin yazılım tarafından otomatik olarak yapılması sağlanmıştır. Tezin ikinci aşamasında, U-Pb jeokronolojisinde önemli bir problem olan kurşun kaybı ve buna bağlı olarak oluşan uyumsuz yaşların nedenleri ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Bu kapsamda Sakarya Zonu Dokurcun bölgesinden alınan magmatik kayaç örnekleri kullanılmıştır. Bu örnekler daha önce Sunal ve diğ., (2023) tarafından tarihlendirilmiş ancak uyumsuz yaşlar elde edilmiştir. Literatür incelemeleri sonucunda LA-ICP-MS analizleri öncesinde yapılan kimyasal aşındırmalı çalışmaların oldukça kısıtlı sayıda olduğu görülmüş ve yeni bir teknoloji olarak kavite mikrodalga parçalama cihazındaki teflon kaplarla yüksek sıcaklıkta kimyasal aşındırma işlemi farklı sürelerde denemesi yapılarak zirkonlar analiz edilmiştir. Bu tez kapsamında kavite tipi mikrodalga parçalama cihazı ilk kez bu amaçla kullanılmıştır. Kimyasal aşındırmanın yanı sıra fiziksel ön aşındırma da uygulanmıştır. Bu amaçla lazer aşındırma cihazı düşük güçte uygulanarak analizi yapılacak olan alanın ön aşındırması sağlanmıştır. MG-05 ve MG-1001 numaralı daha önce uyumsuz yaş veren örneklerin konkordan hale getirilmesi hedeflenmiştir. Fiziksel ön aşındırma ile yapılan analizlerde konkordan oranlarında önemli ölçüde bir iyileşme görülmemiştir. Kimyasal aşındırma için ise 30 ve 60 dakika kimyasal aşındırma işlemleri 180 0C' de uygulandığında, 30 dakika aşındırma için daha konkordan U-Pb yaşları elde edilmiştir. Tezin son aşamasında Bitlis Masifi'nden ve daha önce jeokronolojik olarak çalışılmamış bir bölgeden alınan metagranit ve şist örnekleri üzerinde U-Pb zirkon yaşlandırma çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Aynı örnekler üzerinde hem majör hem de minör element analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonrasında jeokimyasal grafikler çizdirilmiş ve bu grafikler üzerinden bölgenin jeoloji ve magmatik evrimi hakkında yorumlar yapılmıştır. Elde edilen U-Pb yaşları sonucunda Bitlis Masifi'nde Kadomiyen (Pan-Afrikan) orojenezi ile ilişkili yay tipi magmatizmanın varlığı bir kez daha doğrulanmıştır. Masifin Gondwana'nın kuzey kenarında gelişen aktif kıtasal kenar ortamına ait peri-Gondwana kökenli bir bölge olduğunu desteklenmiştir.

Özet (Çeviri)

This thesis presents a comprehensive method development study for uranium–lead (U–Pb) dating conducted at the Inorganic Chemistry Laboratory of the TÜBİTAK National Metrology Institute, which possesses an analytical infrastructure where a high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometer (HR-ICP-MS) and a laser ablation system are used together for the first time in Türkiye. The establishment of such an infrastructure represents a significant advancement for in situ geochronological studies, as it enables high-precision age determinations with improved spatial resolution and analytical control. Within the scope of this study, all analytical steps required for U–Pb zircon geochronology were systematically examined, and a detailed methodology was developed with the aim of serving as a reference framework for future analytical and geochronological investigations. During the method development process, critical analytical parameters influencing signal intensity, stability, and reproducibility were carefully evaluated. These parameters included laser energy, spot diameter, repetition rate, carrier gas flow rates, plasma operating conditions, and mass spectrometer settings. Optimization was performed using both a conventional manual approach based on operator experience and a statistical optimization strategy employing the Design of Experiments (DoE) methodology. The combined use of these two approaches allowed for a more comprehensive understanding of individual parameter effects as well as their interactions, thereby improving the robustness of the developed analytical protocol. In addition to instrumental optimization, particular attention was paid to the identification and mitigation of potential sources of analytical contamination. In this context, measurements were conducted at various gas flow rates to demonstrate mercury contamination originating from the helium carrier gas commonly used in LA-ICP-MS analyses. The presence of this contamination was confirmed through systematic signal monitoring of mercury isotopes under different analytical conditions. To eliminate this source of interference, commercially available specialized mercury trap filters were installed in the gas line. Following the implementation of these filters, all measurements were repeated under identical analytical conditions, and the results were directly compared. The comparison clearly demonstrated that the signal intensities of different mercury isotopes decreased to approximately one-third of their original values, corresponding to an average reduction of about 67%. This result confirms the effectiveness of the applied mitigation strategy and highlights the importance of gas purification in high-precision isotope ratio measurements. Another critical aspect addressed in this thesis is the calculation of detector dead time, which must be determined accurately in ICP-MS instruments prior to isotope ratio measurements. Detector dead time directly affects count rate linearity and, consequently, the accuracy of isotopic ratios. In this study, the procedure for calculating detector dead time was explained in detail, with specific emphasis on how the calculation should be adapted according to the isotopes being analyzed. By providing a clear and reproducible workflow for dead time correction, this thesis contributes to improving data quality and analytical reliability in U–Pb geochronological applications. The experimental design studies were carried out using Minitab software, which enabled a statistical evaluation of parameter effects and interactions. Through analysis of variance (ANOVA), Pareto charts, and diagnostic plots, the degree to which the parameters used in the method development stage influenced one another was quantitatively assessed. Graphical representations were employed to illustrate which parameters exerted the most significant control on signal magnitude and analytical performance. These results not only supported the optimization process but also provided valuable insight into the behavior of the LA-ICP-MS system under different operating conditions. The accuracy and reproducibility of the developed method were evaluated using secondary zircon reference materials. U–Pb age calculations were performed using the Iolite software package, which is widely used for LA-ICP-MS data reduction. The application of this software enabled the correction of elemental fractionation effects that commonly occur during laser ablation analyses. To ensure reliable fractionation correction, the primary zircon reference material 91500 was analyzed systematically before each analytical session, after every five sample measurements, and at the end of each session. This approach allowed all necessary corrections to be applied automatically by the software and ensured consistency throughout the analytical sequences. In the second stage of the thesis, lead loss which is one of the most significant challenges in U–Pb geochronology and the mechanisms leading to discordant age results were investigated in detail. For this purpose, magmatic rock samples collected from the Dokurcun area of the Sakarya Zone were examined. These samples had previously been dated by Sunal et al. (2023), but the resulting U–Pb ages were discordant. In order to better understand the causes of this discordance, an extensive literature review was conducted. This review revealed that chemical abrasion techniques applied prior to LA-ICP-MS analyses remain relatively limited, despite their potential to improve concordance by removing radiation-damaged zircon domains. Based on these findings, chemical abrasion experiments were designed using a cavity-type microwave digestion system equipped with Teflon vessels, representing a novel application for this purpose. Zircon grains were subjected to high-temperature chemical abrasion for different durations and subsequently analyzed by LA-ICP-MS. Within the scope of this thesis, the cavity-type microwave digestion system was employed for chemical abrasion for the first time. In addition to chemical abrasion, physical pre-ablation was also applied as an alternative approach. For this procedure, the area to be analyzed was ablated at low laser power prior to data acquisition in order to remove potentially altered surface domains. The effectiveness of these pretreatment methods was evaluated using samples MG-05 and MG-1001, which had previously yielded discordant ages. The analyses performed after physical pre-ablation did not result in a significant improvement in concordance ratios. In contrast, chemical abrasion experiments conducted at 180 °C for durations of 30 and 60 minutes yielded more favorable results. In particular, the 30-minute chemical abrasion treatment produced more concordant U–Pb ages, indicating that moderate abrasion durations are more effective in mitigating lead loss without excessively damaging the zircon structure. In the final stage of the thesis, U–Pb zircon dating studies were conducted on metagranite and schist samples collected from the Bitlis Massif, a region that had not previously been investigated in detail from a geochronological perspective. In addition to geochronological analyses, major and trace element measurements were performed on the same samples to provide complementary geochemical constraints. Following these analyses, a series of geochemical diagrams were constructed, and the geological and magmatic evolution of the region was interpreted based on these data. The obtained U–Pb ages confirmed the presence of arc-type magmatism related to the Cadomian (Pan-African) orogeny in the Bitlis Massif. These results further support the interpretation that the massif represents a peri-Gondwanan terrane associated with an active continental margin developed along the northern edge of Gondwana. Overall, this thesis not only establishes a robust analytical methodology for U–Pb zircon geochronology using LA-HR-ICP-MS but also provides new geochronological and geochemical insights into the tectono-magmatic evolution of key geological regions in Türkiye.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    142597

    Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi

    Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque

    EVREN YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE

  2. Tez No

    53445

    Erken Hristiyan ve ilk Bizans resim ve kabartma sanatında kaynak ve okullar (2 cilt)

    Sources and school of painting and sculpture during the early Christian and first Byzantine period

    AHMET MEHMET KİPMEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Güzel SanatlarMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    PROF.DR. SEMRA GERMANER

  3. Tez No

    186174

    Tommaso Campanella ve Thomas More`un ütopyalarının karşılaştırılması

    Comparing Thomas More and Tommaso Campanella`s utopias

    MAHMUT AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    FelsefeAtatürk Üniversitesi

    Felsefe ve Din Bilimleri Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. OSMAN ELMALI

  4. Tez No

    827860

    Derin öğrenme ve büyük veri analitiği yöntemleriKullanarak Covid-19 yayılımının ileriye dönük tahmini

    Forecasting the spread of covid-19 using deep learning and big data analytics methods

    CYLAS KIGANDA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi Üniversitesi

    Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUHAMMET ALİ AKCAYOL

  5. Tez No

    26441

    La Vie artistique litteraire culturelle et sociale l'Izmir en langue Française (du XVII'eme siecle a nos jours)

    Fransızca'da İzmir'in sanatsal edebi kültürel ve toplumsal yaşamı (XVII'inci yüzyıldan günümüze)

    HASAN ZORLUSOY

    Doktora

    Fransızca

    Fransızca

    1993

    Fransız Dili ve EdebiyatıDokuz Eylül Üniversitesi

    Fransız Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EROL KAYRA

Geri Dön