31/07/2013

GEOL30005 Applied Geophysics

Lecture 1:  Introduction

About me…

• Mark McLean

• AGOS / CO2CRC office (level 3)

• But best to contact me by email:
• m.mclean@unimelb.edu.au

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About me…
• I currently work at both The University of 
Melbourne 1‐2 days, and the remainder of the 
week at the Geological Survey of Victoria.
week at the Geological Survey of Victoria.

• I have worked in:
 Gawler Craton, South Australia
 Broken Hill block, Curnamona
Broken Hill block Curnamona Province
 Lambert Rift, East Antarctica
 Theoretical work with Airborne Gravity Gradiometry
 All over Victoria

About me…
• Life member of the Hawthorn City Pipe Band

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About me…

When are the lectures going to be?
• Currently 10‐11 and 12‐1

• Change to 10‐11 and 11‐12?

Or

• Change to 11‐12 and 12‐1?

• Decision must be unanimous

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Lectures
• I’ll be giving the majority of lectures
• We’ve had to swap 2 because of a clash with the Australian 
Society of Exploration Geophysics (ASEG) conference
Society of Exploration Geophysics (ASEG) conference. 
• A/Prof Tim Rawling will give a lecture on my behalf during week 
3, and he’ll most likely start the prac for that week too.
• Possible guest lecture for seismicity during week 9
• Any questions, any time – please ask! 

 Pracs begin in week 2

Assessment
• Geophysical interpretation/modelling exercises and 
accompanying report due two weeks following the relevant 
practical class (30%)
• Assessment of selected practical exercises due two weeks 
following the relevant practical class (15%)
• Practical assessment in the form of a short test during the 
semester (5%) 
• 2‐hour written examination in the examination period (50%)
2‐hour written examination in the examination period (50%)

Late work will be accepted but will be penalised (5% per day)

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Textbooks ‐ Not a great selection unfortunately

Telford – Applied Geophysics
• Covers most aspects of geophyiscs
Covers most aspects of geophyiscs
• Good overview, but getting old

Blakely – Potential theory in gravity and 
Potential theory in gravity and
magnetic applications
• Great for gravity/magnetics
• Clear and concise, but limited to potential 
fields only.

Readings for each week
• Most textbooks cover the principles 
ok, but most are quite old
• All readings come from this journal
• These are peer reviewed publications
These are peer reviewed publications 
and more up to date. 
• Each paper is available on the LMS
• You will find some differences 
between these papers and the 
lectures (mostly regarding 
specifications /technology (eg. Flying 
specifications /technology (eg Flying
height, spacing, computers, digital 
media)
 In these cases lectures are the  A

more up to date reference.

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Mathematics requirements
• Most of this course is about understanding concepts
• Some maths is required – but not much
• Nothing beyond high school maths is required
• Will help if you understand what a derivative is (the concept)
p y ( p)

Calvin and Hobbes

Computers
• Reason why we don’t need a solid maths background is because 
computers will do most of the work for us.
• Almost all pracs will be using computers
• Practical exercises will be held in the PC lab (room 313) at 14:15

Unfortunately, this 1950s 
prediction of modern day 
computers is a hoax

• Scientists from the  1954 RAND 
Corporation have created this model to 
illustrate how a “home computer” 
could look like in the year 2004. 
However the needed technology will 
not be economically feasible for the 
average home.
• With teletype interface and Fortran 
language, the computer will be easy to 
use

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Software
• Geosoft (Oasis Montaj) will be the main 
software package used for this course
• Geosoft is the industry standard for geophysical data manipulation, 
processing, and interpretation/modelling
• Objective is partly to learn the software, but mostly we’ll be using it 
to learn principles of geophysics

Australian resources
• The prosperity of Australia (and indeed the world) has come to 
depend on the Earth’s natural resources
• Iron, aluminium, copper, zinc, tin, tungsten just to name a few are 
all essential for manufacture of cars, aircraft, computers, fridges, 
TV t
TVs etc.
• Oil, gas and coal are depended upon as sources of energy for 
heating, cooling, lighting, transport etc.
• Clay, limestone, granite, sand and gravel are used for building 
materials for buildings, roads, infrastructure etc.
• Groundwater is required for irrigation and urban water supply

 Australia has all these resources in varying quantities. To 
continue our lifestyle, they not only need to be found, but also 
managed in a sustainable way.

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Victorian resources
• Victoria is seen as resource poor compared to states like WA and 
QLD, but it is not without its share of earth resources.
 Gold, coal, oil, gas, mineral sands (and potentially copper)

Resources
• Problem is regolith covers 85% of the Australian continent
• Shaded areas represent areas where outcrop occurs, however 
even these areas are mostly covered

• We need a technique that can 
‘see through’ the overlying 
cover, and help us understand 
covered resources. 
• Geophysics helps us do this
• Starting
Starting to get better at it, but 
to get better at it but
still a long way to go.

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Deeper discoveries starting to appear

North of Chile

What is geophysics?
• Geophysics is a branch of earth science which tries to 
understand the earth using physics related methodologies
• Often cutting edge technology in instrumentation, data 
acquisition and computing is required.
acquisition and computing is required.
• Continually evolving field – boundaries are continually being 
pushed 
 More detailed, high resolution data collection
 More sensitive instruments
 Manipulation of larger datasets
 Sophistication of software
• Geophysics is a very broad subject ‐ this course (Applied 
Geophysics) concentrates on geophysical applications which 
are intended for a practical use.

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What is geophysics?
• Geophysics is all about measuring rock properties

Property Technique
Density Gravity
Magnetic susceptibility Passive magnetics
Acoustic impedance Seismic
Electrical conductivity Electromagnetics
MT
Resistivity
Radioactivity Radiometrics

Why do it?
• Primary objective is to “see through” overlying regolith 
profile
• Mostly used for mineral / oil and gas exploration 
Mostly used for mineral / oil and gas exploration
• Also used for mitigation of natural hazards and 
environmental protection, locate groundwater, find 
archaeological relics, determine the thickness of glaciers 
and soil profiles etc.

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Why do we use gravity and magnetic data?
Magnetic and gravity data are commonly used geophysical 
techniques because they are:
• Relatively cheap to collect (at different scales).
• They measure properties in the Earths crust that can be 
used to indicate a variety of geological processes.
• Magnetics – distribution of magnetic minerals in the 
upper crust.
• Gravity – density contrasts between different rocks.
• Alteration
• 3D geometry
3D geometry
• Overprinting
• Extent of rock packages
• Used by many different geological disciplines.

Mineral exploration and

targeting
• Target anomalies
• Crustal architecture
• Dilation zones (fluid flow)
• Alteration

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Alteration

Alteration can effect petrophysical properties

• Oxygen
yg fugacity
g y (fluid flow and magma emplacement)
• Mass flux transfer (mineralisation)
• Metamorphism (contact and regional
metamorphism)

Petroleum exploration
• Basement mapping
• Structural architecture of basins
• Immature exploration programs
• Compliment seismic data
• not a stand alone tool

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What the course covers
• Maps • Datums
• Projection systems • Coordinate systems

What the course covers
• Global Positioning System (GPS)
• How it works
How to deal with GPS data
• How to deal with GPS data
• Applications in geoscience

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What the course covers
Potential Field datasets

Gravity data (Bouguer)

Magnetic data (TMI)

What the course covers
• Magnetic theory, the Earth’s magnetic field and implications 
for magnetic surveying
• Gravity theory, and what it can tell us about geology.

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What the course covers

Airborne 
acquisition

What the course covers
Airborne 
acquisition

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What the course covers
• Geophysical image analysis
 Data types
 Image enhancement
 Processing methods
 Modeling in 2D and 3D

What the course covers
• Qualitative interpretation

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What the course covers
10 km
C’ – shear bands

C’ – shear bands

Passchier & Trouw, 1996

•C
C’ – bands defined by foliation
characterised by magnetite depletion
• S – foliation defined by a magnetic foliation
- lithological (?)
0.5 mm
C’ – shear bands

What the course covers
Quantitative interpretation – 2D profile modelling

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What the course covers
Quantitative interpretation ‐ 3D modelling

GSV’s 3D visualisation facility

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GSV’s 3D visualisation facility

What the course covers

Seismic acquisition/processing Land Operations
Vibrators Generate a Disturbance
Geophones Detect Motion

Source Receivers
Direct Arrival
S1
R1 R2 R3 R4 R5

2
Reflections
Marine Operations
Air Guns Generate a Disturbance
3
Hydrophones Detect Pressure

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What the course covers
Golden Beach Field Line GL88B‐13 Line GNX05‐12

Seismic data / interpretation
Golden Beach Tie

What the course covers
• Geophysical well logging
• Resistivity, electromagnetics, magnetotellurics
• Induced polarisation, Radiometrics, Ground 
penetrating radar

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Method Parameter  Units Physical Depth of 

measured property investigation
Gravity Attraction of  Milligals Density All
Earth’s gravity  Gravity units
field
Gravity  Gradient of  Eotvos Density Shallow crust
gradiometry Earth’s gravity 
f ld
field
Magnetic Attraction of  Nanotesla Magnetic  Surface to curie 
Earth’s magnetic  Gamma susceptibility isotherm
field
Gamma‐ray Gamma‐ray  Counts/sec Quantity of  Top 30 cm
photons K, U and Th
Seismic reflection Acoustic  milliseconds Velocity of P  All
impedance travel 
travel or S
or S waves
time
Electromagnetic Ratio of received  Impedance  Conductivity All
methods to applied  (Ohms) (depending on the 
electric and  method)
magnetic fields

Lecture plan

Lecture 1 – Introduction Lecture 13 – Qualitative Interpretation 2

Lecture 2 – Gravity theory  Lecture 14 – Rock properties
Lecture 3 – Gravity Acquisition 
Lecture 3  Gravity Acquisition Lecture 15 – Quantitative interpretation 1
Lecture 15  Quantitative interpretation 1
Lecture 4 – Maps and projection systems Lecture 16 – Quantitative interpretation 2
Lecture 5 – Gravity processing and gridding Lecture 17 – Industry case study
Lecture 6 – Projections datums and GPS. Lecture 18 – Seismic theory and seismology
Lecture 7 – Magnetic theory  Lecture 19 – Seismic acquisition
Lecture 8 – Magnetic Acquisition Lecture 20 – Seismic processing and interp
Lecture 9 – Magnetic Processing Lecture 21 – Geophysical well logging
Lecture 10 – Image enhancement Lecture 22 – Resistivity, EM, MT
Lecture 11 
Lecture 11 – Geophysical data
Geophysical data Lecture 23 
Lecture 23 – IP, Radiometrics, GPR 
IP Radiometrics GPR
Lecture 12 – Qualitative Interpretation 1 Lecture 24 – Review

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