department of exploration geophysics · 2020-03-18 · while the mathematical details of...

60
Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data: Uncovering Prospective Mineral Terrains with Regional Potential Field, Seismic and MT Transects through Cooperative Inversion (Project M493) Prof Brett Harris, Dr Ralf Schaa, Dr Andrew Pethick Curtin University 17 October 2019 Department of Exploration Geophysics

Upload: others

Post on 20-Jun-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

    

 

 

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data: Uncovering Prospective Mineral Terrains with Regional Potential Field, Seismic and MT Transects through Cooperative Inversion 

(Project M493)  

Prof Brett Harris, Dr Ralf Schaa, Dr Andrew Pethick 

C u r t i n  Un i v e r s i t y   

 

 

 

17 October 2019   

Depar tment  of  Exp lo ra t ion  Geophys i c s

Page 2: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 1 of 60 

 

ABSTRACT 

Many of Australia’s prospective mineral terrains extend below expanses of deep cover. Examples are the vast 

areas of the Yilgarn Craton and Mt Isa Inlier that remain unexplored as they descend beneath sedimentary basins. 

As depth of investigation and or thickness of barren cover increases so does the cost and complexity of exploring 

each cubic kilometre of rock. Discovery of tier one mineral deposits in these setting requires improvement in deep 

geophysical exploration technologies.  

This  research presents  regional  scale  strategies  for  seismic and magnetotelluric  (MT)  imaging with a  focus on 

cooperative inversion using Seismic and Magnetotelluric methods. These methods are intended to assist mineral 

discovery below cover. 

Seismic and MT datasets are typically processed  independently and  later  integrated during  interpretation. We 

have developed, implemented and tested cooperative inversion workflows that provide alternative pathways to 

reconstructing  the  subsurface. We  link  seismic  imaging, unsupervised  learning and  inversion of MT data  in  a 

unified process. The workflow is tested on the 450 km long Yilgan‐Officer Basin‐Musgraves (YOM) 2D seismic and 

MT transects. We extend our MT analysis from the 2D YOM transect to recover a vast 3D conductivity distribution 

with  the  aid of  the AusLAMP 50  km by 50  km MT  grid. We demonstrate how  the AusLAMP MT  grid  can be 

integrated with the relatively dense sampled 2D YOM transect MT data to generate coarse 3D conductivity imaging 

that  spans  thousands  of  cubic  kilometres.  Elements  of  the  research  are  published  in  two  peer  reviewed 

documents:  

Le C.V.A., Harris, B.D., Pethick, A.M., 2019, New perspectives on Solid Earth Geology from Seismic 

Texture to Cooperative Inversion, Scientific Reports, DOI: 10.1038/s41598‐019‐50109‐z. 

(https://rdcu.be/bUeKc) 

Schaa R., Harris B., Pethick A., 2019, Magnetotelluric Inversion Strategies; AEGC conference Perth 

Eastern Australia. (https://2019.aegc.com.au/programdirectory/docs/309.pdf ) 

 

During the course of the project software was developed for cooperative inversion of seismic and magnetotulluric 

data. This includes: (i) a toolbox to create prior models based on unsupervised clustering of seismic attribute data, 

(ii) an interactive graphical user interface to manually create prior models based on post stack seismic sections 

and (iii) an interactive data cleaning tool for editing and exporting EDI data for use with MT inversion codes.  

Our Cooperative Inversion of magnetotelluric and seismic data was driven through a suite of specialized software. 

This  includes  an  earth  model  software  toolkit,  JGeoEarthTools,  whose  functionality  spans  transformations 

between earth model formats and between different coordinate projections to unsupervised statistical learning. 

Overall, this package facilitates the recovery of otherwise hidden geological objects within geophysical datasets. 

Quality control and MT data processing ancillary tools were developed within the project to ensure suitable inputs 

to  new  inversion  workflows.  Note  that  JGeoEarthTools  is  a  valuable  software  package  in  its  own  right  for 

unsupervised clustering of seismic sections. 

This research leverages off the hundreds of  line kilometres of regional Geoscience Australia/GSWA seismic and 

MT transects  located  in Western Australia and the Pawsey Centre Cray XC40 supercomputer. Supercomputing 

facilities were essential for regional 3D MT  inversions that  included recently acquired (2019) AusLAMP MT grid 

stations. The  techniques developed unlocked value  in existing high‐quality  seismic and MT data.  In particular 

objects hidden within seismic reflectivity images can be detected with unsupervised learning and seismic guided 

cooperative inversion can significantly improve subsurface representation of conductivity distribution.   

Page 3: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 2 of 60 

 

Table of Contents Abstract ................................................................................................................................................................... 1 

Table of Contents .................................................................................................................................................... 2 

Major Outcomes ...................................................................................................................................................... 3 

Report Structure ...................................................................................................................................................... 4 

PART A .................................................................................................................................................................... 5 

1  Introduction .................................................................................................................................................... 6 

1.1  What is Cooperative Inversion? ........................................................................................................................ 7 

1.2  What are Seismic Attributes? ............................................................................................................................ 8 

1.3  What is k‐means clustering? ............................................................................................................................. 8 

PART B .................................................................................................................................................................. 10 

2  Custom‐made Software ................................................................................................................................. 11 

2.1  Software for model preparation using unsupervised learning from seismic attributes ................................. 11 

2.2  Software for model preparation using structural constraints ......................................................................... 13 

2.3  Software for magnetotelluric data preparation .............................................................................................. 14 

2.4  Software for model and data visualisation ..................................................................................................... 15 

PART C ................................................................................................................................................................... 16 

3  Data Description ............................................................................................................................................ 17 

3.1  Seismic ............................................................................................................................................................. 17 

3.2  Magnetotellurics ............................................................................................................................................. 17 

4  Data Preparation for Cooperative Inversion ................................................................................................... 18 

4.1  Seismic ............................................................................................................................................................. 18 

4.2  Magnetotellurics ............................................................................................................................................. 19 

4.3  Potential Field Framework .............................................................................................................................. 19 

4.4  Supercomputer Configuration ........................................................................................................................ 20 

PART D .................................................................................................................................................................. 22 

5  Develop Cooperative Inversion Schemes ........................................................................................................ 23 

5.1  CI using prior models based on structural constraints (interpreted geological models) ................................ 23 

5.2  Cooperative Inversion using prior models based on unsupervised clustering of seismic attributes .............. 24 

6  Cooperative Inversion outcomes.................................................................................................................... 24 

6.1  Based on structural constraints ...................................................................................................................... 24 

6.2  Based on unsupervised clustering of seismic attributes ................................................................................. 25 

References ............................................................................................................................................................ 28 

Published Papers ................................................................................................................................................... 29 

APPENDICES .......................................................................................................................................................... 30 

Appendix A ............................................................................................................................................................ 31 

ASEG Extended Abstract ............................................................................................................................................... 31 

Appendix B ............................................................................................................................................................ 32 

JEarthGeoTools User Manual ....................................................................................................................................... 32 

Appendix C ............................................................................................................................................................ 58 

Cooperative Inversion Workflows ................................................................................................................................. 58 

 

   

Page 4: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 3 of 60 

 

MAJOR OUTCOMES 

This research developed workflows and code for facilitating cooperative inversion of seismic and magnetotelluric 

data to improve subsurface imaging. Major research outcomes include: 

New software (also see Figure 1  approximately 37000 lines of code). 

i. Software modules facilitating seismic and magnetotelluric (MT) cooperative inversion  

ii. Unsupervised learning toolkit for geophysical input (i.e. seismic reflectivity attributes) was built 

iii. Software was developed for automating data and model preparation for cooperative inversion 

Comparison and analysis of MT inversion strategies. 

i. A multi‐tiered 3D MT inversion strategy was developed and tested (i.e. this method facilitates 

inclusion of  sparse 3D MT stations) 

ii. Potential fields driven geologically constrained MT inversion outcomes for the a plus 300 km 

long transect through central Australia.  transect 

iii. Inversion outcomes and results from many thousands of CPU hours on the Pawsey Cray 

Cascade supercomputer. 

iv. Large‐scale conductivity distribution spanning approximately 16,000 km2  of central Australia  

 

 

Figure 1: Infographic overviewing of the code development for cooperative inversion 

   

Page 5: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 4 of 60 

 

REPORT STRUCTURE  

This report provides outcomes for Project M493. Significant outcomes include peer reviewed Journal Papers, new 

methods, new code and practical examples of implementation of new subsurface imaging along the plus 400km 

long YOM (Yilgarn Craton, Officer Basin, Musgrave Block) seismic and MT transect. It is provided in the following 

parts: 

 

Part A: 

Preface describing our Cooperative Inversion toolbox.  

Part B: 

Description of the software developed for our Cooperative Inversion toolbox 

Part C: 

Description of the data that were used to trial our Cooperative Inversion toolbox 

Part D: 

Description of the Cooperative Inversion trial results from the YOM transect 

Appendices: 

Publications listing including AEGC abstract, Peer reviewed Journal paper (Nature – Scientific Reports) and 

a software user manual  

Publications:  

Note: Some key research outcome from M493 are presented within peer reviewed research by Cuong V.A.L., Harris 

B., Pethick A., 2019, “New perspectives on the Solid Earth Geology from Seismic Texture to Cooperative Inversion”, 

Scientific Reports.  This document is open source and complements this report.    

   

Page 6: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 5 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PART A Preface describing our Cooperative Inversion scheme 

   

Page 7: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 6 of 60 

 

1 INTRODUCTION  

We have set out to develop a toolbox to address the challenges of practical applied inversion — linking seismic 

and magnetotelluric datasets together with the aim of recovering subsurface electrical resistivity. With co‐located 

seismic  and magnetotelluric  (MT)  data  becoming  increasingly  available  it makes  sense  to  develop  practical 

algorithms and software solutions  to automatically combine  the  information contained  from both datasets  to 

improve  subsurface  imaging.  The  newly developed  software  toolbox  is  intended  to  provide  non‐specialists  a 

framework for cooperative inversion. Examples of application of regional cooperative inversion are applied along 

the GA/GSWA Yilgarn Craton, Officer Basin, Musgrave Block (YOM) seismic and MT transect as shown in figure 2 

(see Le C.V.A., Harris, B.D., and Pethick, A.M., 2019). 

Large differences between the MT method and the seismic reflection method exist. While seismic data provides 

high‐resolution  structural  and  stratigraphic  subsurface  information, MT  data  yields  relatively  low‐resolution 

information about subsurface electrical resistivity distributions (Cuong et al., 2016). Broadband MT data is rapidly 

attenuated and resolution decreases with depth. Sharp geo‐electrical transitions become increasingly difficult to 

resolve and are typically imaged as highly smoothed transitional zones within the MT derived conductivity imaging. 

Seismic reflection methods are not subject to the same resolution limitations. The structural information derived 

from seismic datasets can potentially complement magnetotelluric inversion — mitigating the limitations of the 

poor boundary resolution of the MT method. 

Our toolbox provides two different frameworks for cooperative inversion: (1) a more traditional method, where 

the  interpreted  seismic  boundaries  are  incorporated  into  the  starting MT  inversion model,  and  (2)  a  new 

innovative approach, which adapts information from geo‐statistical clustering of a combination of seismic texture 

attributes  and  incorporate  these  in  a  prior model  ready  for MT  inversion.  The  first method  requires  user‐

interaction, whereas the second method has potential for automation. Below we provide baseline descriptions of 

the seismic attribute analysis, cooperative inversion and the geo‐statistical methods that have been adapted and 

deployed. We then present details of our cooperative inversion toolbox. 

 

Page 8: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 7 of 60 

 

 Figure 2: Location of the YOM Transect. This figure shows the location of the Yilgarn Craton, Officer 

Basin, Musgrave Block (YOM) seismic and MT transect. It is modified from;Le C.V.A., Harris, B.D., and 

Pethick,  A.M.,  2019.  The  full  Journal  paper  is  open  sources  and  can  be  accessed  at 

https://rdcu.be/bUeKc. 

 

1.1 What is Cooperative Inversion? 

While the mathematical details of geophysical  inversion are complicated, the concept of  inversion  is relatively 

simple. It entails iteratively matching data acquired in the field to model data. When the model data match the 

field data the model is considered a possible subsurface parameter distribution. While matching field and model 

data is a necessary condition for recovering the true subsurface parameter distribution, it is not sufficient. This is 

because there are many models that will generate data that will fit the field data equally well (i.e. the solution is 

non‐unique).  

A desirable inversion outcome results in a rock property model that explains all observed geophysical data with 

reasonable geological and petrophyiscal constraints.  

Page 9: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 8 of 60 

 

There exist different approaches to incorporate constraints in the inversion process. One common approach is to 

establish a mathematical relationship between different rock properties. The mathematical relationship  linking 

the various rock properties can be explicitly included in the inversion process (e.g. the objective function that is 

subject to optimisation). This is commonly known as joint inversion.  

Another approach is to link the rock properties implicitly via the design of a starting or prior model derived from 

other data. We call  this approach cooperative  inversion. For example MT  inversion may be guided by manual 

interpretation of seismic reflection imaging or based on geostatistical analysis of seismic attribute data. A detailed 

analysis of inversion strategies can be found in the publication of Cuong et al. (2016).  

1.2 What are Seismic Attributes? 

Seismic attributes are derived from processed seismic reflectivity imaging.  Attributes can be understood as a form 

data enhancement. They are routinely uses as an aid to interpretation and sometime to assist in recovery of rock 

properties. There are many different seismic attributes and we focus here on a specific subset which are known 

as textural attributes.  

Textural seismic attributes are most commonly derived from the Grey Level Co‐Occurrence Matrix (GLCM). The 

GLCM is an array representing a number of levels of “pixel brightness” or grey‐levels within an image. The GLCM 

seismic texture attributes are used as an  input within our toolbox. These  inputs are computed using the well‐

known Open‐Source software package, OpendTect. Three groups of attributes are supported as detailed  in the 

OpendTect User Documentation: 

1. Contrast measures: Contrast, Dissimilarity, Homogeneity 

2. Orderliness measures: Angular Second Moment (ASM), Energy, Entropy 

3. Statistical measures: GLCM Mean, GLCM Variance, GLCM Standard Deviation, GLCM Correlation 

Images of several attributes are presented for the YOM seismic Transect in Cuong V.A.L., et. al. 2019. It presents 

three examples of textural attributes (GLCM Standard Deviation, GLCM Correlation and Energy) together with the 

original seismic image for a 70 km long and 5 km deep window. The attributes shown in the paper reveal seismic 

textures  linked  to weakly  consolidated  sediments,  flood basalts  and  thick  salt walls.  Textural differences  are 

effective in summarizing the large scale distribution of these major rock types. There are significant differences in 

contributions  from  GCLM  seismic  attributes  in  representation  of  different  rock  units  and  hence  we  use  a 

combination of attributes for isolating common rock mass volumes as a seed for the prior conductivity framework 

within the cooperative inversion. This is implemented using k‐means clustering, a machine‐learning algorithm. 

1.3 What is k‐means clustering? 

K‐means clustering is an unsupervised learning algorithm developed by MacQueen (1967) and Hartigan and Wong 

(1979). Unsupervised learning is used to find patterns often hidden in a complex image. The number of clusters 

‘k’ must be specified. In our implementation we auto‐generate cluster images for different numbers of clusters 

and different input seismic attributes.   

The k‐means clustering algorithm  initializes  the centroids  through  randomly distributing  them  throughout  the 

dataspace and then by assigning each data point to a cluster. An  iterative procedure  is then followed until the 

error  is  sufficiently  reduced  or  a maximum  number  of  iterations  is  reached.  The  iterative  steps  include  (i) 

computing the distances for each data point to each cluster centroid; and assigning datapoints to their closest 

centroid (ii) the centroids are then updated by calculating the central position of the points within that cluster. 

The  iterative process stops when the within‐cluster variation cannot be reduced. The within cluster variation is 

defined as the summation of Euclidean distances between the data points and their assigned cluster centroids.  

Page 10: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 9 of 60 

 

We deploy k‐means clustering with inputs being GLCM seismic texture attributes (examples for the YOM transect  

are provided  in Cuong V.A.L. et. al. 2019). Cuong V.A.L. et. al. 2019  show  cluster distribution along  the YOM 

transect using texture attributes: dissimilarity, mean, contrast and correlation. The clusters identify the Lennis Fm 

and Patterson Fm, salt walls, the Table Hill Volcanics, Neo‐Proterozoic sediments below the Table Hill volcanics 

and basement rock.  

   

Page 11: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 10 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

PART B Description of the developed software for our Cooperative Inversion toolbox 

 

   

Page 12: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 11 of 60 

 

2 CUSTOM‐MADE SOFTWARE Our  software  toolbox  provides  the  non‐specialist  a  practical  framework  for  cooperative  inversion  of 

magnetotelluric  data  using  seismic  constraints. We  pay  attention  to  the  new  scheme  that  provides  a  near 

automatic  framework  for  cooperative  inversion  using  k‐means  clustering.  Utilities  for  interactive  model 

preparation based on manual interpretation of seismic images are also created, as well as interactive data editing 

tools. When planning and developing software modules, the following points have been taken into consideration: 

The team set out to automate and encapsulate long and complex workflows within user‐friendly software 

that would encourage uptake of cooperative inversion.  

The software packages were designed to reduce data and model preparation time and to reduce the 

number of steps requiring user input for cooperatively inverting co‐located seismic and MT datasets.  

The packages developed should attempt to cover all aspects of the workflow, including: (i) data preparation, 

(ii) model preparation with structural constraints or using unsupervised learning with seismic attributes to 

model and (iii) data visualization.  

2.1 Software for model preparation using unsupervised learning from seismic attributes 

JGeoEarthTools: Written in Java (~15,000 lines of code). 

Detailed methods and examples of applying unsupervised  learning based on  seismic  textures are provided  in 

Coung, Harris and Pethick 2019.  

Our software for unsupervised learning is called JGeoEarthTools and was written during the course of this project. 

The output of JGeoEarthTools is a prior model based on categorised subvolumes of seismic attributes ready for 

MT inversion. JGeoEarthTools has been developed for a wide range of users. This might include (i) beginner‐users 

accessing functionality through a graphical user interface (cf. Figure 4), (ii) power‐users who want to run advanced 

workflows through the command  line, (iii) software developers who want to use JGeoEarthTools as a software 

library. Overall this software facilitates semi‐automatic cooperative inversion in one workflow.  

JGeoEarthTools addresses three problems.  

(1) The first problem is in processing and converting between different geophysical earth model formats: a 

seismic dataset cannot be directly input into an MT inversion package and MT inversion results are not 

compatible with seismic visualization packages (e.g. OpendTect). These incompatibilities between different 

geophysical earth model file formats is a major hurdle in the efficient application of cooperative inversion 

and requires interconnections between various formats. This interconnectivity between formats is achieved 

using a common earth model data structure (cf. Figure 3). 

(2) Secondly, JGeoEarthTools addresses the ability to conduct unsupervised learning on any implemented 

geophysical earth model format — mainly seismic attributes. JGeoEarthTools reads SEGY files of seismic 

attributes and carries out k‐means clustering to categorise seismic facies based on the provided seismic 

attributes. The clustering result is the basis for a starting model for magnetotelluric inversion. 

(3) Thirdly, starting resistivity values can be assigned to the previous identified clusters via a flood‐filling 

algorithm that assigns resistivity values from a previous inversion result (for example from a half‐space 

inversion). Note that manual allocation of resistivity values is also possible using the interactive software 

described further below in section 2.2. In addition JGeoEarthTools include other functionalities such as 

down‐sampling of model files and most‐frequency filtering utilities. 

Page 13: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 12 of 60 

 

 Figure 3: The functions within JGeoEarthTools, including KMeans clustering, down‐sampling and file format conversion are performed on an array of different geophysical earth model file standards. 

The  full  functionality of JGeoEarthTools  is described  in the User Manual  (cf. Appendix B); however a complete 

workflow to generate a prior model for cooperative inversion consists of six core commands (cf. Appendix C): 

(1)  K‐means clustering of seismic attributes files.  (the cluster information is stored in a specific JGeo format) 

(2)  Convert ModEM (magnetotelluric) model file to JGeo format (e.g. from a previous unconstrained inversion run) 

(3)  Map resistivities from the converted ModEM file to the k‐means clusters 

(4)  Downsample the k‐means cluster file to the same mesh as the ModEM file 

(5)  Apply a most frequency filter to provide a smoother prior model 

(6)  Convert the smoothed JGeo file back to ModEM format as prior model for MT inversion. 

(Note that the commands can be carried out in different order, for example down‐sampling can be done before clustering, which speeds up the process). 

   Figure 4 Screenshot of the JGeoEarthTools graphical user interface. 

Page 14: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 13 of 60 

 

2.2 Software for model preparation using structural constraints 

MTModelBuilder: Written in VB.NET (~12,000 lines of code). 

MTModelBuilder facilitates creation of 2D models where structural constraints are provided as a high‐resolution 

bitmap image (Figure 5). The image represents the subsurface that consist of several geological units and usually 

reflects the interpretation of a seismic section. Each geological unit is depicted by a distinct colour code and the 

user interactively assigns a resistivity value to each geological unit. In this approach, each colour pixel serves as a 

proxy  for  resistivity. After  allocating  the  resistivity  values,  the  image  can be  exported  to  various  formats  for 

magnetotelluric  inversion:  Occam1D  and  Occam2D  (Constable  et  al.,  1987),  Rebocc2D  (Siripunvaraporn  and 

Egbert, 2000) and ModEM2D (Egbert and Kelbert, 2012; Kelbert et al., 2014). 

Note that the bitmap image has to be created by the user beforehand and as mentioned above, is usually based 

on the structural interpretation of a seismic image, but can of course be based on other prior information as well. 

One possible procedure is to use specialised image editing software. Free image editing software are for example 

GIMP (raster graphics editor) or Inkscape (vector graphics editor); commercial variants are Adobe Photoshop® or 

Adobe  Illustrator®.  In this workflow an  image of the  interpreted seismic section  is  loaded  in the  image editing 

software and a new image layer is overlain. Using the seismic interpretation image as a template, in the new layer 

the interpreted geological units of the seismic section are manually drawn using the tools available in the image 

editing software; subsequently the units are filled with distinct colours. This image is saved as a high‐resolution 

bitmap and used in MTModelBuilder.  

Note  that  it  is of  importance  that  the  relative  image dimensions are  linked  to  the extents of  the  survey. The 

distance from the first station on the left, to the image edge on the left has to be provided in meters; likewise the 

distance of the last station on the right, to the right image edge has to be given in meters. Furthermore the image 

top and base have to be given in meters. For zero topography, the top is simply set to 0; whereas the image base 

is the depth extent in meters of the displayed section starting from the top. The procedure is further detailed in 

the software help files, which also describe the various options that this utility offers. 

 

 Figure 5 Screenshot of the MTModelBuilder user interface showing a conceptual geological 2D model of the Officer Basin. 

 

Page 15: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 14 of 60 

 

2.3 Software for magnetotelluric data preparation 

MTSanitizer: Written in VB.NET (~7,500 lines of code). 

MTSanitizer is a simple tool written for post‐processing and visualisation of standard EDI files (Figure 6). This tool 

facilitates  interactive editing of data points such as outliers and noise. Before  inversion, data has to be free of 

outliers in order to avoid introducing spurious biases in the recovered resistivity model. MTSanitizer displays EDI 

data as apparent resistivity and phase, and as real/imaginary components of the  impedance tensor and tipper 

vector. Using  the  different  display  formats,  the  data  can  be  visually  inspected  for  any  noise  or  outliers  and 

accordingly edited.  

Upon starting MTSanitizer, the user selects a directory that contains the EDI files subject to interactive editing. EDI 

files are identified by their filename ending, expected to be “*.edi”; all located EDI files of the directory are loaded 

into MTSanitizer and shown with their filename in the left panel of the program. Upon clicking on a filename, the 

EDI  file  is displayed  in the main window  in aforementioned  formats. A displayed data point can be deleted by 

clicking on  it –  this deletes  the data point and all  related components at  that period. Deleted data points are 

currently linearly interpolated. Edited data can then be exported to various MT data formats; merging of different 

datasets (such as broadband and long‐period) is also possible. The following data formats are currently supported: 

EDI,  Rebocc2D, Mare2DEM, ModEM2D  and ModEM3D.  The  various  options  that  this  utility  offers  is  further 

detailed in the software help files. 

Note that the EDI file standard is quite flexible and supports many different formats. MTSanitizer only supports 

EDI files where the MT responses are stored as the real and imaginary part of the impedance tensor as well as the 

real and imaginary part of the tipper vector, including their respective error estimates. This is the most common 

EDI data format. Other formats, such as the spectral format, are currently not supported.  

 

 

Figure 6 MTSanitiser User Interface showing editable plot panels of magnetotelluric data components. 

Page 16: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 15 of 60 

 

2.4 Software for model and data visualisation 

MTview: Written in Python (~2,500 lines of code). 

MTview is a collection of Python modules for displaying data and models for ModEM2D and Rebocc2D. MTview 

generates publication quality  images. The modules are script‐driven and  require user action such as providing 

paths, files and various plot parameters. Examples of figures created with MTview are shown in Figure 7.  

Model files from Rebocc2D and ModEM2D can be visualised as 2D sections, where the user can edit parameters 

that control various aspects of the displayed image, such as: the horizontal and vertical extent; colour map and 

stretch, font sizes, image size and resolution. Furthermore, MT data files from ModEM2D and Rebocc2D can be 

displayed  as  data  profiles,  showing  apparent  resistivity  and  phase  curves  at  each  station  for  observed  and 

calculated data. Data misfits (RMS) are also provided for each station and component in this layout. The data files 

can furthermore be displayed as data maps, which show the data as sections along selected stations and periods. 

Of course, every detail can eventually be fine‐tuned as the source code of the scripts are available. 

The choice of Python for MTview stems from its strength and flexibility of available visualisation libraries and it is 

widely used in but also outside of academia. The provided Python scripts require only standard Python libraries, 

which can be easily installed using the standard installation tools that Python provides (depending on the Python 

distribution). The provided scripts are heavily commented and provide thorough user documentation.  

At this place we would also like to mention the open source package MTPy, also written in Python and maintained 

by Geoscience Australia (Kirkby et al., 2019) and previously started by University of Adelaide (Krieger at al., 2014). 

MTPy also provides much functionality for processing and displaying MT data (but currently lacks capability for 

Rebocc2D and ModEM2D). 

 

  Figure 7 Examples of  figures produced by MTView. Top‐left: Rebocc2d model  inversion result. Bottom‐left: apparent resistivity pseudo‐section for all stations and broadband periods. Left: curves of apparent resistivity and phase at one station showing observed and calculated data. 

   

Page 17: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 16 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

PART C Description of the data that were used to trial our Cooperative Inversion toolbox 

 

 

   

Page 18: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 17 of 60 

 

3 DATA DESCRIPTION  Our cooperative inversion framework offers a new approach to add value to the existing geophysical data. One 

research goal was to leverage off the thousands of line kilometres of regional Geoscience Australia/GSWA seismic 

and MT transects located in Western Australia; hence the project title “Don’t Bury Western Australia’s Geophysical 

Data”.  

A challenging regional‐scale focus area spanning the Yilgarn Craton–Officer Basin–Musgrave Province (YOM) was 

selected to test the newly developed cooperative inversion workflows. Key data included a long seismic reflection 

transect, a 2D MT transect and newly acquired MT data from the AusLAMP grid. Furthermore, auxiliary potential 

field data in the form of a geological GOCAD model was utilised to provide the structural framework of a 3D prior 

model. 

3.1 Seismic 

TWT Seismic Data 

Deep seismic reflection data was acquired along a 484 km transect across the Yilgarn Craton – Officer 

Basin – Musgrave Province in 2011 by Geoscience Australia in collaboration with the Geological Survey of 

Western Australia (Holzschuh, 2013). The survey line follows the Great Central Road and hence was not 

straight, but followed a crooked line geometry. No data was collected through the Warburton aboriginal 

community from stations 6555 to 6669, which results  in a gap  in the seismic section. Final products  in 

SEGY  format as provided by Geoscience Australia are post‐stack  time migrated data with a maximum 

record  length  of  22  seconds  two‐way  travel  time  (TWT).  Detailed  information  on  acquisition  and 

processing parameters can be found in Holzschuh (2013). 

Velocity Data 

Stacking velocities are provided as an ancillary data file and was used by us for depth‐conversion of the 

TWT seismic data. For all further processing and analysis the depth‐converted seismic data was used. That 

is, the various textural seismic attributes were all based on the depth‐converted seismic amplitude data. 

Also, structural interpretations were based on the depth‐converted seismic section.  

3.2 Magnetotellurics 

YOM Data 

Magnetotelluric impedance and tipper data were measured by Geoscience Australia in collaboration with 

the Geological Survey of Western Australia in 2011 at 72 broadband (BB) MT sites and 31 long‐period (LP) 

MT sites along the seismic line. The average site spacing was approximately 5–10 km for broadband data 

and 10–15 km for long period data (Duan et al., 2013). Impedance tensor data contain the components 

of the ratios of horizontal electric fields to horizontal magnetic fields; tipper data contain the ratios of 

vertical to horizontal magnetic field components. The maximum period range for the BB data is ~0.002 

sec to ~100 sec; whereas the maximum period range for the LP data is 2 sec to ~13000 sec. 

AusLAMP Data 

AuScope AusLAMP long‐period MT data are currently acquired on a ~50 km grid nationwide (Thiel et al., 

2018). Sixteen AusLAMP stations proximal to the YOM line were included to extend the dimensional scope 

from 2D inversion to 3D inversion.  

Page 19: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 18 of 60 

 

4 DATA PREPARATION FOR COOPERATIVE INVERSION Seismic, MT and geological datasets are not readily linked and must be processed for compatibility and further 

processing. The various datasets are in different domains and are unified for cooperative inversion: seismic is in 

time, while MT earth models and geological models are in depth. The following points need consideration: 

Seismic data stored as ‘wiggle traces’ are not compatible with MT inversion software 

The MT data is provided in an uncleaned form and may suffer from outliers or various noise 

contaminations such as static shift, dead‐bands, 2D/3D effects etc. 

Inversion of data is slow and in order for Cooperative Inversion to be efficiently applied, 

supercomputing resources are essential. 

4.1 Seismic 

Depth Conversion 

Two‐way  travel  time  (TWT)  reflection seismic data was converted  to depth using stacking velocities  that 

comes together with the TWT seismic data. Conversion was carried out in SeisSpace. The depth‐converted 

seismic section was used for cooperative inversion workflows. 

Seismic Interpretation 

Lithostratigraphic  boundaries  have  been  identified  from  the  depth‐converted  seismic  section,  based  on 

published  geological  seismic  interpretations  of  the  TWT  seismic  section.  Identified  boundaries  are  used 

directly as structural inversion constraints in some cooperative inversion strategies.  

Seismic Attributes 

Seismic attributes are derived quantities  from  the  seismic data  that may exhibit  features previously not 

directly apparent  in  the  seismic amplitude data. Subvolumes with  common  characteristics are  identified 

using k‐means clustering. We have calculated several seismic attributes from the seismic data for cooperative 

inversion. See also the introductory sections 1.2 (seismic attributes) and 1.3 (k‐means clustering). 

 

Figure 8 Seismic attribute section (‘GLCM Entropy’) resampled on magnetotelluric grid (image created with MTview) 

Page 20: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 19 of 60 

 

4.2 Magnetotellurics 

MT post‐processing 

Industry standard EDI data are made available by Geoscience Australia without any further edit. For inversion 

the data are post‐processed using custom‐made software MTSanitiser (see section 2.3). The EDI files were 

edited  for  outliers  as  well  as  dead‐band  noise.  For  some  3D  inversions  broadband  and  long‐period 

magnetotelluric data was merged, which also  can be done  in MTSanitiser. The  cleaned MT data  can be 

exported as EDI files and also in suitable formats for various inversion programs.  

MT data analysis 

Analysis  of  the  cleaned MT  can  provide  information  about  the  geoelectric  subsurface  structure.  In  a 

geoelectric context, analysis of MT data provides  information about subsurface dimensionality (1D, 2D or 

3D) and possible strike direction (in case of 2D). This information informs the model setup for inversion and 

whether the data has to be rotated for 2D inversion. We used MTPy for MT data analysis (Kirkby et al., 2019). 

 Figure 9 Phase  tensor pseudo  section with  colours  indicating  the  skew angle of  the ellipses. Angles  larger  than |3◦| suggest 3D; white and nearly circular ellipses indicate 1D; everything else is interpreted 2D.  

4.3 Potential Field Framework 

Potential field information was implicitly incorporated in 3D cooperative magnetotelluric inversion using the 

3D geological GOCAD model by Goodwin et al. (2013). This 3D GOCAD model was constructed by extending 

the  seismic  interpretation  into  3D  space  derived  from multiple  seismic  and  drill‐hole  datasets,  surface 

geology as well as gravity and magnetic datasets using  forward modelling. The GOCAD model consists of 

surfaces  and  faults  representing  the 3D architecture of  the  study  area  and was  integrated  as  structural 

constraints  in  3D  cooperative  inversion.  The model was matched  to  the  depth  converted  seismic  YOM 

transect and the Table Hill Volcanics has been added as an additional geological unit. 

 

Figure 10 Adapted GOCAD model for geologically constrained inversion of the YOM data. 

Page 21: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 20 of 60 

 

4.4 Supercomputer Configuration 

Regional‐scale  magnetotelluric  inversion  requires  access  to  supercomputing  facilities.  Inversions  were 

carried out on the facilities of the Pawsey Supercomputing Centre; supercomputing facilities used on Pawsey 

were the Magnus Cray XC40 supercomputer and the Zeus SGI Linux Cluster. While Magnus  is able to run 

massively parallel  jobs on thousands of CPU cores,  it  is  limited  in memory with 64GB per node. Zeus has 

double the memory per node and was more suited for inversion in that regard, however computations take 

longer as there are only a limited number of nodes available.  

The ModEM (2D & 3D) source code was compiled on both, Magnus and Zeus. While compilation on Magnus 

was straightforward using  the Cray Fortran compiler and available online help  files, compilation on Zeus 

required the help from the Pawsey Centre. For Zeus, the Intel Compiler was used, which initially failed due 

to errors with regards to the LAPACK library (a standard software library for numerical linear algebra). Linking 

against Intel’s Math Kernel Library (MKL), which contains an optimised version of the LAPACK library, also 

failed. However, using the LAPACK library compiled with the GNU Compiler Collection (GCC) eventually was 

successful when statically linking the GNU compiled LAPACK library. The header of the Makefile for Zeus for 

compiling ModEM2D  is shown below. Also shown  is a  job script  for the Slurm Workload manager, which 

requires special reference to the LAPACK library. 

 

# Makefile suited for building the Mod2DMT program on Pawsey/Zeus

include Makefile.local

# -------------------------------------------------------------------

# INTEL FLAGS (MPI-version) linked with GCC-build LAPACK library

# -------------------------------------------------------------------

# F90

# mpif90 :: Generic name for Fortran Intel compiler

# FFLAGS

# -O3 :: highest optimisation

# -traceback :: feedback where error occurred

# -heap-arrays :: allocate memory on the heap

# -static-intel :: link statically

# MPIFLAG

# -fpp :: Intel Fortran preprocessor

# -DMPI :: Preprocessor variable definition

#

# MODULE

# -module :: directory to store module files

# OBJDIR

# -path :: directory to store module files

# LIBS

# -L<library> :: library to link with (static)

# -------------------------------------------------------------------

F90 = mpif90

FFLAGS = -O3 -traceback -heap-arrays -static-intel

MPIFLAGS = -DMPI -fpp

MODULE = -module $(OBJDIR)

OBJDIR = ./_objs/2D_MT

LIBS = -L/pawsey/sles12sp3/devel/broadwell/gcc/4.8.5/lapack/3.8.0/lib64 –llapack

Table 1 Makefile header for compiling ModEM2D on Zeus 

Page 22: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 21 of 60 

 

 

#!/bin/bash

# SLURM directives:

# -------------------------------------------------------------------

#SBATCH --job-name=clusters_v2

#SBATCH --nodes=8

#SBATCH --ntasks=8

#SBATCH --mem-per-cpu=120000

#SBATCH --account=pawsey0102

#SBATCH --time=23:00:00

# Load Intel modules:

# -------------------------------------------------------------------

module purge

module load broadwell intel openmpi

# Export the location of the LAPACK library:

# -------------------------------------------------------------------

export

LD_LIBRARY_PATH=/pawsey/sles12sp3/devel/broadwell/gcc/4.8.5/lapack/3.8.0/lib64:$LD_LIBRARY_PATH

# Actual command to run Mod2DMT on the Zeus cluster:

# -------------------------------------------------------------------

srun --export=all -n 8 -N 8 mod2dmt -I NLCG prior.mod data_3pc.modem2d

Table 2 Slurm script for running a ModEM2D MPI job on Zeus 

 

 

   

Page 23: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 22 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

PART D Description of the Cooperative Inversion trial results 

 

 

   

Page 24: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 23 of 60 

 

5 DEVELOP COOPERATIVE INVERSION SCHEMES For cooperative  inversion (CI), constraints are typically  introduced  implicitly via the prior model and/or by 

manipulating the spatial distribution of  inversion parameters such as “smoothness” or discretization. High 

resolution  seismic  reflection  imaging  is  ideally  suited  to constrain  large  scale geometries  for  inversion of 

lower  resolution  potential  field  or  electromagnetic  data.  This  sets  CI  apart  from  joint  inversion, where 

constraints are usually introduced explicitly via the objective function (Harris et al., 2018), see also section 

1.1 of the Introduction. 

We  trialled  two  cooperative  inversion  approaches:  a manual‐driven  scheme, where  prior  information  is 

carefully incorporated into a starting model; and a semi‐automatic scheme, where prior information is based 

on an unsupervised learning algorithm of seismic attributes combined with initial half‐space inversion of MT 

data. Both approaches are briefly outlined below. 

5.1 CI using prior models based on structural constraints (interpreted geological models) 

1D/2D Inversion 

Incorporation  of  prior  constraints  are  based  on  an  interpreted  seismic  2D  section.  The  seismic  section 

provides structural constraints, such as horizons and faults, and it is assumed that these represent changes 

in lithology in conjunction with changes in electrical resistivity. The interpreted seismic section is saved as a 

high‐resolution bitmap that consist of several geological units. The user then interactively assigns resistivity 

values to each geological unit and saves the image as a starting model for inversion for various programs. 

This can be done with aforementioned software tool MTModelBuilder. We used the following free inversion 

programs for 1D/2D inversion: Occam1D, ModEM2D and Rebocc2D. 

3D Inversion  

Incorporation of prior constraints are here based on a geological model. In particular we used the GOCAD 

model as published by Goodwin et al. (2013). The existing surfaces were augmented with major structures 

interpreted  from  the  depth‐converted  YOM  seismic  imaging  and  information  from  two  nearby  wells 

(Empress‐1A and Yowalga‐3).  

Surfaces include the expansive Table Hill Volcanics; note that these Cambrian Table Hill Volcanics (THV) are 

made up of multiple basaltic flows, accumulating to a thicknesses up to 165 m (Korsch et al., 2013, pp. 37). 

The basalt unit is intersected at Empress‐1A and has an average well log resistivity of approximately 220 ohm 

m.. The Table  Hill Volcanics is a distinct unit forming a high‐reflectivity layer within the 2D seismic imaging 

(note that the THV have also been incorporated in the starting model for 2D MT inversion). The remainder 

of  the 3D GOCAD  resistivity model was populated using averaged values  from unconstrained  inversions.  

Resistivity were assigned to the various lithological units and 3D inversion was carried out using ModEM3D 

(Kelbert et al., 2014)  

Incorporation of AusLAMP data 

Full, unconstrained 3D inversion was carried with broadband YOM Transect MT data and AusLAMP sparse 

3D grid long period MT datda. AusLAMP is a national long‐period magnetotelluric survey, acquired on a 50km 

grid Australia‐wide  (Thiel et  al.,2018). We used 18 AusLAMP  stations, North  and  South of  the YOM MT 

transect. The additional data from just a few sparse stations significantly enhanced the outcome of 3D MT 

inversion. A question that was addressed was; ‘how many additional off‐line AusLAMP stations are required 

Page 25: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 24 of 60 

 

to further improve characterisation of off‐line conductors?’. The workflow consisted of a multi‐tiered 3D MT 

inversion approach which combined the broadband MT data from the 450 km long YOM transect with the 

sparse 3D MT  stations  from  the AusLAMP  survey.  In  the  initial phase  the  following  three datasets were 

created: 

Merged dataset from Broadband and Low‐Period impedances from both YOM and from available AusLAMP stations (horizontal component data only). 

Merged dataset as before but with vertical component data (Tipper) included. 

Only YOM broadband impedances 

The three datasets were then used for sequential inversions. Initial starting model for inversion was a half‐

space model. Starting models for subsequent inversions for each dataset was based on the inversion result 

of  the previous  run. See Schaa R., Harris B., Pethick A., 2019, Magnetotelluric  Inversion Strategies; AEGC 

conference Perth. 

5.2 Cooperative Inversion using prior models based on unsupervised clustering of seismic attributes 

2D Inversion 

The magnetotelluric and the seismic YOM datasets are both 2D and as such only 2D inversion was carried 

out. To  incorporate multiple seismic attributes  in 2D magnetotelluric  inversion, we employed a machine‐

learning approach, specifically we used the well‐known k‐means clustering algorithm. This algorithm is a type 

of unsupervised learning, which finds clusters in unlabelled data – in this case seismic texture attributes. The 

number of  clusters  is denoted by  the  variable  ‘k’  and has  to be provided beforehand by  the user.  The 

algorithm then works iteratively to assign each data point to one of k clusters based on the features that are 

provided in the seismic attribute data. Data points are clustered based on feature similarity. The clustering 

algorithm automatically provides structural constraints for inversion based on similarities in seismic textures. 

With  the  understanding  that  identified  clusters  represent  different  lithologies,  representative  electrical 

resistivity values are assigned to each cluster. This can be handled in two ways:  

a. Manual allocation of resistivity values (using the program MTModelBuilder, see above) 

b. Automatically by mapping resistivities from ModEM models (e.g. from unconstrained inversions). 

This is managed via program JGeoEarthTools, which handles the entire inversion workflow for 

incorporating seismic attributes in cooperative inversion. See the JGeoEarthTools User Manual. 

 

6 COOPERATIVE INVERSION OUTCOMES  

6.1 Based on structural constraints The  constrained  inversions  used  starting models  based  on  structural  information  from  seismic  imaging.  This 

framework was  populated with  prior  resistivity  from  previous  half‐space  inversions  except  for  the  Table Hill 

Volcanics which was populated with resistivity directly from wire‐line line logs (obtained in the well Empress‐1A). 

Inversion results broadly honoured these soft constraints maintaining the relative sharp resistivity contrasts as 

imposed in the starting model. In general, inversion results for 1D, 2D and 3D all exhibit improved RMS data fits 

and preferable  subsurface  resistivity distributions  consistent with  the  seismic  information. An example of 3D 

inversion of the 2D YOM profile data is shown in Figure 11. 

Page 26: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 25 of 60 

 

For the multitiered 3D unconstrained inversion we included data from the AusLAMP grid in the vicinity of the 

YOM transect. This inversion furthermore included long‐period and tipper data and resulted in superior data 

fits as compared with 2D/3D inversion of the broadband YOM transect alone. Given that the data from the 

50 km AusLAMP grid will be available in the near future, existing or new 2D MT profiles can be improved by 

inversion  that  incorporates  a  background model  based  on  long‐period  AusLAMP  data.  The  results  are 

described in more detail in Schaa R., Harris B., Pethick A., 2019, Magnetotelluric Inversion Strategies; AEGC 

conference Perth. 

 

Figure 11 Prior 3D model (A) and (B) and section through model after inversion (C) of magnetotelluric data. The 2D profile data of the YOM line was subject to 3D inversion using the ModEM3D software. The prior model was based on an adapted 3D geological GOCAD model. 

 

6.2 Based on unsupervised clustering of seismic attributes 

The subsurface resistivity distribution after cooperative inversion is by design biased towards the prior resistivity 

structure, which depends on the  initial clustering results and the assigned cluster resistivity values – these can 

come from previous unconstrained inversions, which are then automatically mapped onto the clusters, or these 

can be assigned manually to each cluster using MTModelBuilder (cf. section 2.2).  

The amount of bias depends on the specifics of the inversion algorithm, where Occam‐based inversion schemes 

tend to provide smoother results (cf. Siripunvaraporn & Sarakorn, 2011; Patro et al., 2013; Tietze et al., 2015). For 

our  framework, we  have  so  far  only  used ModEM2D  for  cooperative  inversion  based  on  prior models  using 

unsupervised  clustering of  seismic  attributes. ModEM2D  (and ModEM3D)  is based on a non‐linear  conjugate 

gradient algorithm (NLCG), which penalizes smoothed deviations from a prior model and prefers solutions close 

to the prior model. Hence, the resulting inversion outcomes show resemblance to their prior models. 

Figure 12  (top) shows a prior model based on k‐means clustering of eight clusters and  five  textural attributes 

(Entropy,  Energy,  Dissimilarity,  Correlation  and  Angular  Momentum).  The  clusters  were  manually  assigned 

resistivity values using MTModelBuilder. The inversion result after 43 iterations is shown in the lower panel, and 

the large resistivity contrast near the centre depicts the change from the Officer Basin in the West to the Musgrave 

(A)

(B) (C)

Page 27: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 26 of 60 

 

Province in the East. Resistivity structures in the Officer Basin are complex and linked to the structure in the prior 

model. The inversion resulted in excellent RMS fits for most stations and provides an alternative resistivity model 

as compared with the inversion results using prior models based on interpreted seismic sections. 

 

 

 Figure 12 Top: prior model using k‐means clustered seismic attributes allocated with initial resistivity values. Bottom: inversion result after 43 iteration. 

 

CONCLUDING REMARKS 

Our objective in this project was to create and trial cooperative inversion frameworks linking seismic and MT data, 

to recovering rock properties at depths that exceed that which is practical for routine minerals exploratory drilling. 

Development focused on regional scale cooperative  inversion methods spanning many hundreds of kilometres 

with particular attention to applications that will assist explorers searching for Tier 1 Ore bodies in mineralized 

terrains that descend below barren cover in Western Australia.  

We  have  demonstrated  cooperative  inversion  techniques  for  building  geo‐electrical  frameworks  relevant  to 

shallower exploration depths. We considered several cooperative inversion approaches. One scheme is relatively 

manual requiring prior information to be carefully incorporated into a starting model, A second scheme is semi‐

automatic.For  this method  prior  information  is  based  on  unsupervised  learning  (i.e.  clustering)  from  seismic 

attributes combined with half‐space inversion of MT data. We tested the cooperative inversion strategies along 

the regional scale Geoscience Australia/GSWA seismic and MT transect along the YOM transect..  

 

Page 28: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 27 of 60 

 

During the course of the project the main software programs developed, were: 

JGeoEarthTools: A tool to create prior models based on unsupervised clustering of seismic attribute data. 

MTModelBuilder: 

An interactive tool to manually create prior models based on interpreted seismic sections. 

MTSanitiser: 

An interactive data cleaning tool for editing and exporting EDI data for use with MT inversion codes. 

 

The  project  outcomes  demonstrate  new  options, with  practical  examples  from  imaging  the  subsurface with 

geophysical methods. These methods have been designed to assist in extending mineral exploration and discovery 

to greater depths in deep covered often underexplored minerals provinces.  

 

   

Page 29: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 28 of 60 

 

REFERENCES 

Constable S.C., Parker R.L. and Constable C.G., 1987, “Occam's  inversion: A practical algorithm  for generating 

smooth models from electromagnetic sounding data”, Geophysics, 52, 289–300 

Cuong  V.A.L.,  Harris  B.,  Pethick  A.,  Takougang  T.E.  Brendan  H.,  “Semiautomatic  and  Automatic  Cooperative 

Inversion of Seismic and Magnetotelluric Data”, Surveys in Geophysics, 37, 2016 

Egbert G.D. and Kelbert A., 2012, “Computational  recipes  for electromagnetic  inverse problems”, Geophysical 

Journal International, 189, 251–267. 

Goodwin J., Jones T., Brennan T. and Nicoll M., 2013, “Geophysical investigation and 3D geological model of the 

Yilgarn Craton–Officer Basin–Musgrave Province region”, in Neumann, N.L., (editor) and Geoscience Australia 

(issuing  body),  Yilgarn  Craton‐Officer  Basin‐Musgrave  Province  Seismic  and  MT  Workshop,  Canberra, 

Geoscience Australia, 96‐129 

Harris  B.,  Pethick  A.,  Schaa  R.,  and  Cuong  V.A.L..,  2018,  “Cooperative  Inversion:  A  Review”,  ASEG  Extended 

Abstracts, 1‐3 

Korsch R., Blewett R., Pawley M., Carr L., Hocking R., Neumann N.L., Smithies R.H., Quentin de Gromard R., Howard 

H.,  Kennett  B.,  Aitken  A.,  Holzschuh  J.,  Duan  J.,  Goodwin  J.A.,  Jones  T.,  Gessner  K.,  Gorczyk W.,  2013, 

“Geological setting and interpretation of the southwest half of deep seismic reflection line 11GA‐YO1: Yamarna 

Terrane  of  the  Yilgarn  Craton  and  the western Officer Basin”,  in Neumann, N.L.,  (editor)  and Geoscience 

Australia (issuing body), Yilgarn Craton‐Officer Basin‐Musgrave Province Seismic and MT Workshop, Canberra, 

Geoscience Australia, 24‐50 

Hartigan J.A. and Wong, M.A., 1979, “A K‐means clustering algorithm”, Applied Statistics, 28, 100–108. 

Kelbert A., Meqbel N.,  Egbert G.D.,  Tandon K.,  “ModEM: A modular  system  for  inversion of  electromagnetic 

geophysical data”, 2014, Computers & Geosciences, 66, 40‐53 

Kirkby, A.L., Zhang, F., Peacock, J., Hassan, R., Duan, J., 2019. The MTPy software package for magnetotelluric data 

analysis and visualisation. Journal of Open Source Software, 37, pp. 1358 

Krieger L., and Peacock J., 2014. “MTpy: A Python toolbox for magnetotellurics. Computers and Geosciences”, 72, 

167‐175 

MacQueen J., 1967, “Some methods for classification and analysis of multivariate observations”, in Proceedings 

of the Fifth Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability, eds L. M. Le Cam & J. Neyman,  

281‐297, University of California Press. 

OpendTect 6.2, User Documentation, dGB Earth Sciences 

Patro P.K., Uyeshima M., and Siripunvaraporn W., 2013, “Three‐dimensional inversion of magnetotelluric phase 

tensor data”, Geophysical Journal International, 192, 58‐66 

Schaa R., Harris B., Pethick A., 2019, “Magnetotelluric Inversion Strategies”, ASEG Extended Abstracts (in press) 

Siripunvaraporn W., and Egbert G., 2000, An efficient data‐subspace  inversion method for 2‐D magnetotelluric 

data, Geophysics, 65, 791–803 

Siripunvaraporn W. and Sarakorn W., 2011, “An efficient data space conjugate gradient Occam's method for three‐

dimensional magnetotelluric inversion”, Geophysical Journal International, 186, 567‐579 

Thiel  S.,  Goleby  B.R.and  Heinson  G.,  2018,  “Magnetotelluric  imaging  of  intracontinental  deformation  zones: 

example of the Musgraves Province in Central Australia”, Abstract, Australian Geoscience Council Convention, 

Adelaide, Australia 

Tietze K., Ritter O., and Egbert G.D., 2015, “3‐D joint inversion of the magnetotelluric phase tensor and vertical 

magnetic transfer functions”, Geophysical Journal International, 203, 1128‐1148 

 

Page 30: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 29 of 60 

 

PUBLISHED PAPERS  

Cuong V.A.L., Harris B., Pethick A., 2019, “New perspectives on the Solid Earth Geology from Seismic Texture to Cooperative Inversion”, Scientific Reports 9 (1):14737. doi: 10.1038/s41598-019-50109-z. (Published: https://rdcu.be/bUeKc).

 

Schaa R., Harris B., Pethick A., 2019, Magnetotelluric Inversion Strategies; AEGC conference Perth Eastern Australia (paper published and has been presented: https://2019.aegc.com.au/programdirectory/docs/309.pdf ) 

 

   

Page 31: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 30 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

APPENDICES AEGC abstract, software user manual and flowcharts 

   

Page 32: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data (MRIWA Project M493) 

Page 31 of 60 

 

APPENDIX A 

ASEG Extended Abstract The abstract “Magnetotelluric inversion strategies”  can be obtained from the link below: 

Schaa R., Harris B.,  Pethick A.,  2019, Magnetotelluric  Inversion  Strategies; AEGC  conference  Perth 

Eastern Australia. (https://2019.aegc.com.au/programdirectory/docs/309.pdf ) 

 

 

Page 33: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 32 of 60 

 

APPENDIX B 

JEarthGeoTools User Manual  

Page 34: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

Introduction 

 

What is JGeoEarthTools? 

JGeoEarthTools enables the conversion between earth model standards of each of the different geophysical rock properties. This is done through the use of a common earth model on a rectilinear grid or volume. 

 

This means that earth models from, but not limited to, potential field, passive and active source electromagnetic and seismic methods can be transformed into other formats for use in inversion, interpretation 

and forward modelling. This software's intended use is in cooperative inversion workflows that use information from multiple datasets to help constrain or initialize earth models. 

 

Project Overview 

Project: MRIWA Project M493 

Applicants:  Curtin University 

    Deep Exploration Technologies CRC 

Researchers:  Brett Harris 

    Andrew Pethick 

    Ralf Schaa 

Page 35: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 34 of 60 

 

Getting Started 

JGeoTools is written in Java for operating system portability. Testing is performed on Windows 10 x86 64bit, however no non‐java third party libraries are used so running on OSX and Linux should be simple. If 

you have any problems with this software, please contact us. 

 

To run JGeoEarth Tools install Java JDK/JRE (we use SE 12) must be installed. Visit Oracle to download Java (link) 

Open the command window 

Windows: Open Command Prompt or write a batch script 

OSX: Open Terminal 

Linux: Open Terminal 

Enter the command java ‐jar JGeoTools.jar 

This should run the program and print the commands available. 

 

 

If you require more primary memory than the default 8 GB than as long as you have a 64 bit Java installation you can use the following command (replace the number with the desired memory requirements): 

16GB: java ‐jar ‐Xmx16G JGeoTools.jar 

32GB: java ‐jar ‐Xmx32G JGeoTools.jar 

 

The flood fill function (map conductivities) is a recursive function and may result in a stack overflow. If this occurs you will need to increase the stack using the ‐Xss tag: 

java ‐jar ‐Xss16m ‐Xmx32G JGeoTools.jar 

 

Page 36: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 35 of 60 

 

Commands 

Data Input 

Rectilinear Section/Volume  ‐i %filename  This is the default format for this program 

ModEM file format  ‐im %filename  This will read in a ModEM 2d or 3d mesh into the corresponding 2D/3D rectilinear grid. If read in 2D coordinates, local coordinates (easting only) will be set by initialized by the offset from origin in the ModEM file and a coordinate transformation file must be used.  

WSINV 3D volume file format(3D)  ‐iw %filename  This is the WSINV3D earth model description file as outlined by (Siripunvaraporn W.) This is largely untested but may work. 

VTK (Currently Not Implemented)  ‐iv %filename  This is currently not implemented, but is a placeholders for possible future versions. 

Seismic ASCII (Currently untested)  ‐is %filename  Input Opendtect seismic ascii file. Currently implemented, but untested. 

SEGY 3D (Currently Not Implemented)  ‐iy %filename  Current not implemented 

SEGY 2D  ‐iy2d %filename  SGY standard 2d format. Only tested for a coordinate transformation scalar of 1000. There are many different variations of SGY with different byte header settings. Your experience may vary. 

Model Vision Poly File Format (Currently Untested)  ‐imv %filename  Model Vision Poly File format (currently untested) 

ASCII XYZV (Scatter points) formatted File(2D)   ‐ix2d %filename  Interpolation modifiers must be set when using this input 

Force grid mesh size must be set when using this input 

Example: 

The command "java ‐jar ‐Xmx16G JGeoTools.jar ‐iy2d example.sgy" will run JGeoTools and import the SGY into a rectilinear mesh to be used for processing 

Data Output 

Rectilinear Section/Volume  ‐o %filename  This is the default format for this program 

ModEM file format  ‐om %filename   

WSINV 3D volume file format(3D)  ‐ow %filename   

VTK (Currently Not Implemented)  ‐ov %filename  Currently Not Implemented 

Seismic ASCII  ‐os %filename   

SEGY 3D  ‐oy %filename  Currently Not Implemented 

SEGY 2D  ‐ot2d %filename  Currently Not Implemented 

ASCII XYZV (Scatter points) formatted File(2D)   ‐ox %filename  An x,y,z,value ASCII file. The implementation is not terribly advanced and is essentially for nearest neighbor gridding. Currently this is being used for Res2D gridding. 

 

The command "java ‐jar ‐Xmx16G JGeoTools.jar ‐iy2d example.sgy ‐o example.ASCII" will run JGeoTools and import the SGY into a rectilinear mesh and export to the Rectilinear 2D ASCII file format 

 

Page 37: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 36 of 60 

 

Commands 

Value Replacement 

Replace Value  ‐repv %search_value %replace_value  Replace one value with another 

Replace Value (Terrain & Halfspace)  ‐rept %search_value %replace_value  Replace one value with another within the terrain and halfspace. That is, it will start from the top of the trace and while the search value is found, values will be replaced until a non‐search value is found. This process is repeated from the bottom up. 

Cluster Mapping  ‐mapvc %inputvaluefile %mappingmode (mode: 1=mean, 2=median)  Map values into clusters (or connected patches of same value) 

Eliminate Duplicate Offsets  ‐ed %offset_tolerance  Remove  offsets  that  are  within  a  certain  amount  of  another  offset.  Good  for sanitizing input for SEGY conversion. 

Project values onto a Mare2DEM Mesh  ‐pjm2d %inputResistivityFile %inputPolyFile %outputResistivityFile  Project  the  values  of  the  input  models  onto  a  Mare2D  mesh  and  export  a  new resistivity file. 

 

Statistical 

KMeans Statistical Clustering  ‐kmeans %nClusters %maxIterations %kmeanssavefile  This will run a if %maxIterations is set to ‐1, run until misfit is 0. Random numbers  will  be  used  to  initialize  the  seed  model  if  a  kmeanssavefile  is  not specified. Values from the kmeans save  

 

Transformation 

Transform from local‐to‐global coordinates using an affine transform  ‐tl %transformation_file  The coordinates  transform properties uses a  Java properties  file. The affine  transform handles  translation, 

rotation  and  scaling.  As  long  as  you  have  three  local  coordinates  and  the  three  corresponding  global 

coordinates defined, transformations between both  local and global coordinates can be made, even  if  it  is 

outside of the bounds of the provided coordinates. 

 

Format: Example.properties 

LOCAL_X1 = 0 

LOCAL_X2 = 100 

LOCAL_X3 = 100 

LOCAL_Y1 = 0 

LOCAL_Y2 = 0 

LOCAL_Y3 = 100 

GLOBAL_X1 = 3000 

GLOBAL_X2 = 3100 

GLOBAL_X3 = 3100 

GLOBAL_Y1 = 6000 

Transform from global‐to‐local coordinates using an affine transform  ‐tg %transformation_file 

Page 38: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 37 of 60 

 

GLOBAL_Y2 = 6000 

GLOBAL_Y3 = 6100 

Transform from local‐to‐global coordinates using a non‐linear transform  ‐tnl %non_linear_transformation_file  If  coordinate  systems  are  not  linearly mapped,  for  example  when  converting  a  jagged  poly‐line  in  real 

coordinates to a ModEM2d local coordaintes, then this is the transformation system that should be used. This 

is used for coordinate transforms of 2D transect lines only, this is not to be used for 3D datasets. The format 

is basically an offset‐ordered list of local X, Local Y and corresponding Global X, Global Y points.  

 

LX  LY  GX  GY 

LocalX1 LocalY1 GlobalX1 GlobalY1 

LocalX2 LocalY2 GlobalX2 GlobalY2 

... 

LocalXN LocalYN GlobalXN GlobalYN 

 

Example Format (includes the header line LX  LY  GX  GY): 

LX  LY  GX  GY 

‐19227.073  0  ‐165332.0487 6927032.407 

1772.927  0  ‐146163.7861 6932578.214 

21772.927  0  ‐127908.2979 6937859.934 

40772.927  0  ‐110565.5841 6942877.568 

58772.927  0  ‐94135.64467 6947631.116 

75772.927  0  ‐78618.47968 6952120.579 

91772.927  0  ‐64014.0891  6956345.955 

106772.927  0  ‐50322.47294 6960307.245 

120772.927  0  ‐37543.63118 6964004.45 

133772.927  0  ‐25677.56383 6967437.568 

145772.927  0  ‐14724.2709  6970606.6 

156772.927  0  ‐4683.752376 6973511.546 

166772.927  0  4443.991736  6976152.406 

175772.927  0  12658.96144  6978529.18 

183772.927  0  19961.15673  6980641.869 

190772.927  0  26350.5776  6982490.471 

196772.927  0  31827.22407  6984074.987 

201772.927  0  36391.09613  6985395.417 

 

Transform from global‐to‐local coordinates using a non‐linear transform  ‐tng %non_linear_transformation_file 

 

 

Page 39: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 38 of 60 

 

Filters 

Maximum Frequency Filter  ‐maxfq %filterx %filtery %filterz  Selects the most frequently occuring Integer within filter. This filter converts all values to integers prior to running. The filter size (in terms of number of cells) is defined by filterx, filtery and filterz. In 2D cases, filtery is not used. Currently a dummy value must be included for 2D grids. 

 

 

Modifiers 

Interpolation  ‐xm %mode  These values are used when importing XYZV 2D scattered point datasets.  

Modes: 

1(Nearest Neighbour)  

2(Inverse Distance)  

3(Linear)  

4(Cubic) 

Interpolation Search x  ‐xsx %distance  These values are used when importing XYZV 2D scattered point datasets.  

These values are the search distance 

 

Interpolation Search y  ‐xsy %distance 

Interpolation Search z  ‐xsz %distance 

 

Spatial Resolution 

This tag is used when importing XYZV 2D scattered point datasets and Model Vision poly files. They specify the output mesh resolution of scattered points. 

Spatial Resolution x  ‐dx %spacing  Force Spatial Resolution in x direction (dx Spacing) 

Spatial Resolution y  ‐dy %spacing  Force Spatial Resolution in y direction (dy Spacing) 

Spatial Resolution z  ‐dz %spacing  Force Spatial Resolution in the vertical direction (dz Spacing) 

 

 

Page 40: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 39 of 60 

 

Mapping (to be used for mapping SEGY to Rectilinear Grid) 

Global SEGY to Local Rectilinear Grid Transformation   ‐fmt  %tf_file  (Input  non‐linear  transformation file) 

This force mesh function is a specific function related to SEGY files. 

Since SEGY  files  can become extremely big,  computation on  them 

becomes memory and CPU intensive. In cases of k‐means clustering, 

we want  to  subsample  them  down  to  a  smaller mesh  size  upon 

import.  This  is  a  less memory  intensive way  to  subsampling  SEGY 

down into a smaller mesh size. 

 

If the ‐fmt tag is used, the segy in global coordinates will be converted 

via the transformation to the local rectilinear grid mesh. 

SEGY map to lower/higher resolution mesh  ‐fm %rectilinear_file (Input rectilinear file) 

 

 

 

Examples 

 

Example 1: Convert ModEM to Standard Rectilinear Format 

This step converts ModEM models to the standardized ASCII rectilinear format 

java ‐jar ../JGeoTools.jar ‐im Data/Input_Model.rho ‐o Data/Output_Model.txt 

 

Breakdown: 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐im  a tag saying the input file is a ModEM rho file 

Data/Input_Model.rho  path to input ASCII ModEM 2D file in local coordinates 

Data/Output/MT/Model_01_Local.txt  path to output ASCII rectilinear file in ModEM local coordinates 

 

 

Page 41: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 40 of 60 

 

Example 2: Downsampling SGY to ModEM grid 

Running command to convert the original ModEM file from local coordinates to standardized rectilinear grid 

This step is composed of smaller steps: 

1. Load the SGY Seismic attribute 

2. Map the  seismic ascii data from global coordinates to local coordinates using the mesh from ModEM 

3. Export the data to standard ascii format 

 

java ‐jar ‐Xmx6000m ../JGeoTools.jar ‐iy2d Data/Original/Seismic_Attributes/YOM_Seismic_depth_Texture_Correlation_64.sgy ‐fm Data/Output/MT/Model_01_Local.txt ‐fmt 

Transformation/YOMGlobalSeismicToLocalMTTransform ‐o Data/Output/Seismic/Downsampled/YOM_Seismic_depth_Texture_Correlation_64_Local.txt 

 

Page 42: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 41 of 60 

 

Breakdown: 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

‐Xmx6000m  a tag to use more than 4gb memory. In this case 6000 mb is used— higher numbers can be used if an out of memory exception is encountered. 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐iy2d  The following input file is in a 2D SGY file format 

Data/Original/Seismic_Attributes/YOM_Seismic_

depth_Texture_Correlation_64.sgy 

path to the 2D segy file format 

‐fm  The seismic data will be projected into a new rectilinear grid upon import 

Data/Output/MT/Model_01_Local.txt  The input model to be used to down‐sample the seismic section. 

‐fmt  This command is specific to mapping seismic SGY to local ModEM coordinates.  

Transformation/YOMGlobalSeismicToLocalMTTra

nsform 

Path for non‐linear local to global transformation file 

‐o  Output the result into the standard rectilinear file format 

Data/Output/Seismic/Downsampled/YOM_Seism

ic_depth_Texture_Correlation_64_Local.txt 

Output downsampled file 

 

 

Example 3: KMeans Clustering 

K‐Means clustering is described in the section K‐Means Clustering. 

The usage: 

The method ‐kmeans takes in any number of attributes (i.e., the k‐means dimensions), the number of target clusters, the maximum number of iterations and the K‐means clustering output file. All input files 

selected will be included for the K‐means clustering method. Note that the input files must have the same rectilinear mesh, otherwise step 2 must be performed to normalize the grids. Another consideration is 

that some clusters may not have any associated points, that is some centroids may represent outliers, a small number of points or no data at all.   

The output file: 

java ‐jar ‐Xmx6000m ../JGeoTools.jar ‐i %ATT0% ‐i %ATT1%  ‐kmeans 3 200 Data/Output/KMeans/kmeans.txt ‐o Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Local.txt 

 

 

Page 43: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 42 of 60 

 

Breakdown: 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

‐Xmx6000m  a tag to use more than 4gb memory. In this case 6000 mb is used— higher numbers can be used if an out of memory exception is encountered. 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐i  Input File 

%ATT0%   %ATT1%  Paths to the input files (i.e., dimension) 

‐kmeans  Tells JGeoTools to take the inputs for a K‐means clustering.  

3  The number of target clusters (This number is just for illustration, use higher numbers when appropriate 

200  Maximum number of iterations (This may not be reached if cluster assignment does not change in an iteration) 

Data/Output/KMeans/kmeans.txt  Path to the clustering result (See below for description). If you wish to continue k‐means clustering, point this path to the previous output clustering result. 

‐o  Output the result into the standard rectilinear file format 

Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Local.txt  Output Clustering file. This file will contain the grid with each cell assigned the corresponding cluster result (id of the centroid). 

 

Example Output 

 

Version: 1             

NClusters: 10           

NDimensions: 3           

Iteration  Cluster_0_dim_0  Cluster_0_dim_1  Cluster_1_dim_0  Cluster_1_dim_1  Cluster_2_dim_0  Cluster_2_dim_1 

1  7.3087816  1.0047317  4.0743976  2.077148  3.32717  6.588672 

1  7.3087816  1.0047317  4.0743976  2.077148  3.32717  6.588672 

2  6.4140596  1.525588  3.1859615  3.493386  2.782297  6.28927 

3  5.511826  1.7032617  2.580508  4.10425  2.310531  6.095014 

 

Page 44: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 43 of 60 

 

The result is stored for each iteration, with the final line of the file as the final iteration. The cluster number Cluster_x, where x is cluster number from 0 to N‐1. Dimension or dim_y, where y is the input file. In this 

case dim_0 is the value of %ATT0%, dim_1 is the value of %ATT1%.  

 

That is, the final iteration in this example produced the following centroid values: 

Iteration 3 

Cluster 0 : %ATT0%=5.511826 %ATT1%=1.7032617 

Cluster 1 : %ATT0%=2.580508 %ATT1%=4.10425 

Cluster 2 : %ATT0%=2.310531 %ATT1%=6.09014 

 

Example 4: Most Frequent Filtering 

Running this command will run a Most Frequent Number filter on the data. This filter is a rectangular filter and is currently implemented for 2D only, but takes in 3D input. The second y dimension is currently 

ignored. 

java ‐jar ‐Xmx6000m ../JGeoTools.jar ‐i Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Local.txt ‐maxfq 2 2 1 ‐o Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Most_Frequent_2_2_1_Local.txt 

 

Breakdown: 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

‐Xmx6000m  a tag to use more than 4gb memory. In this case 6000 mb is used— higher numbers can be used if an out of memory exception 

is encountered. 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐i  Input File 

Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Local.txt  Paths to the input file to be used for the most frequent filter 

‐maxfq  Tells JGeoTools to run a max frequency filter on the input 

2 2 1  The radius of the rectangular filter for the x, y and z dimensions. A value of 2 will include the indices [i‐2, i‐1,i,i+1, i+2].  

‐o  Output the result into the standard rectilinear file format 

Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Most_Frequent_2_2_1_Local.txt  Output Maximum frequency filtered file 

Page 45: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 44 of 60 

 

 

 

 

Example 5: Flood Fill Values by cluster group 

Running command maps conductivities from the initial ModEM model onto the K‐means clustering result 

A recursive flood fill algorithm is applied and may run out of memory. Increase the stack size using the ‐Xss tag. Currently set to 16 mb. 

java ‐jar ‐Xmx6000m ‐Xss16m ../JGeoTools.jar ‐i Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Most_Frequent_2_2_1_Local.txt ‐mapvc Data/Output/MT/Model_01_Local.txt 1 ‐o 

Data/Output/MT/Model_01_Cluster_Mapped_Local.txt 

Breakdown: 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

‐Xmx6000m  a tag to use more than 4gb memory. In this case 6000 mb is used— higher numbers can be used if an out of memory exception is 

encountered. 

‐Xss16m  Stack size in m. This function is a recursive function and may result in a stack overflow error. If this is encountered, increase the 

stack memory value 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐i  Input File 

Data/Output/KMeans/Clustering_Result_Most_Frequent_2_2_1_Local.txt  Path to the cluster groups (or the skeleton to be flood filled) 

‐mapvc  The values input file (values from this input will be used to fill the skeleton within regions of connected equal cluster/integer value) 

Data/Output/MT/Model_01_Local.txt  Tells JGeoTools to run a max frequency filter on the input 

1  Grouping Mode. A value of 1 tells the program to flood fill using the mean value within that zone. If you wish to use the median 

value instead use the value 2. (mean = 1, median = 2) 

‐o  Output the result into the standard rectilinear file format 

Data/Output/MT/Model_01_Cluster_Mapped_Local.txt  Output flood filled values (averaged values for each connected cluster id mapped to the input skeleton) 

Page 46: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 45 of 60 

 

Example 6: Output ASCII to ModEM model file 

This method converts the final flood filled conductivity values (or any input file) into the ModEM model file format. 

The following function is called: 

java ‐jar ‐Xmx6000m ../JGeoTools.jar ‐i Data/Output/MT/Model_01_Cluster_Mapped_Local.txt ‐om Data/Output/MT/Model_01_KMeans_Conductivity.rho 

Breakdown 

java  Java must be added to the system paths,this needs to be jdk/jre 1.8 or higher 

‐jar  a tag to tell java to open a Jar file 

‐Xmx6000m  a tag to use more than 4gb memory. In this case 6000 mb is used— higher numbers can be used if an out of memory exception is encountered. 

.../JGeotools.jar  the path to the compiled JGeoTools API 

‐i  Input File 

Data/Output/MT/Model_01_Cluster_Mapped_Lo

cal.txt  

Path to the cluster groups (or the skeleton to be flood filled) 

‐om  Output to ModEM model file format 

Data/Output/MT/Model_01_KMeans_Conductivi

ty.rho 

Path to output model file 

 

 

 

 

Acknowledgments 

Research Partners 

MRIWA 

Pawsey 

Petrel 

Geoscience Australia 

 

Page 47: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 46 of 60 

 

File Formats 

This section overviews several of the major file formats that can be imported/exported in JGeoEarthTools. 

SeismicASCII 

The 2D Seismic ASCII File is based upon the simple file format in Opendtect. There are limitations applied in this software. These are: 

Only ASCII is supported. Binary is currently not yet supported. 

Trace numbers must be included for the 2D file (3D does not have trace numbers) 

 

Otherwise follow the Opendtect specification below: 

  Simple File 

  The user can import simple ASCII or Binary file by using plain file Seismic I/O Plugin. 

  This can be reached via Survey > Import > Seismic > Simple File > 3D or 2D (Pre/Post‐stack) etc. 

  The input file must first be selected and its data format type specified, between ascii and binary (4‐bytes floats). 

  All data must be in the 'local' format, because a blunt binary read/write is performed. 

  (Part of) the input file can be visualized by pressing the examine button. 

  The data must consists of one trace per record (line). The samples are thus in columns, 

  from shallowest to deepest, with a regular step. The trace position and time/depth index can be 

  read from the input file, left of the trace, or can be provided. 

  If provided, start, step and number of samples are requested in the corresponding directions, 

  assuming the input file if regular and does not contain holes. Post‐stack volume must be sorted by 

  inlines, crossline, (offset), Z (time or depth). 

  Optionally, the user can scale the cube before loading as well by mentioning the amount of shift and 

  the corresponding factor. Either pass or discard the null traces before loading. 

  The easiest way to see what the format looks like is by producing a little export file from a bit of 

  seismics. 

Excerpt from the Opendtect 6.0 Manual 

 

 

Page 48: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 47 of 60 

 

An example of the file is shown below: 

8  5  9                   

1  50  0  *  10  90.5  *  *  *  *  *  * 

2  100  100  *  *  82.7  84.2  85.3  84.7  *  *  * 

3  150  200  *  *  88.2  88.4  89.8  89.2  *  *  * 

4  200  300  *  *  92.6  90.5  91.5  90.4  *  *  * 

5  250  400  *  *  94.1  90.9  90.7  89.1  *  *  * 

6  300  500  *  *  94.9  90.5  88.5  86.1  *  *  * 

7  350  600  *  *  *  86.9  85.1  83.2  *  *  * 

8  400  700  *  *  *  87.5  86.2  84.0  *  *  * 

9  450  800  *  *  *  87.9  87.3  85.6  *  *  * 

10  500  900  *  *  *  86.8  87.0  86.6  *  *  * 

11  550  1000  *  *  *  85.5  86.7  86.9  *  *  * 

12  600  1100  *  *  *  84.5  84.7  84.8  80.3  *  * 

13  650  1200  *  *  *  81.2  81.0  81.3  76.5  *  * 

14  700  1300  *  *  *  83.2  80.8  79.6  73.9  *  * 

15  750  1400  *  *  *  *  *  *  *  *   

...  Nth trace 

Explanation 

Line 1:  Datum(8 m)     dz_increment(5 m)     trace_length(9 samples) 

Line 2: Trace_Number(1)     inline/easting(50)          crossline/northing(0)              sample_1(value=*=null)      sample_2(value=10) .... 

 

 

 

Page 49: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 48 of 60 

 

How to Import a Seismic ASCII file and Export a SEGY file in Opendtect? 

 

Step 1: Open Opendtect and select the Simple File import Option 

  Survey > Import > Seismic > Simple File > 2D/3D 

 

Step 1: Importing Simple ASCII file 

Step 2: Set up import options (From top to bottom) 

ASCII must be selected 

Select your ASCII file 

Traces must start with a position 

Trace number is included preceding the X/Y 

No Ref/SP number is included after the trace number 

File start does contain sampling info 

Discard or Pass Null Traces 

Set Output attribute 

Page 50: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 49 of 60 

 

Set Line name 

 

Step 2: Setting up import options for Simple ASCII file 

 

Step 3: Select SEG‐Y Export function 

Survey > Export > Seismics > SEG‐Y > 2D/3D 

 

 

Page 51: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 50 of 60 

 

 

Step 3: Selecting SEGY Export 

 

Step 4: Set up export options 

Set up the options depending on your needs, but I select all data under the trace sub‐selection option button. 

 

Page 52: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 51 of 60 

 

 

Step 4: Setting up export options 

XYZV Line 

This format is an ascii format with scatter points in the form, x, y, z, value. There is a header line that is skipped.  

X  Y  Z  V 

657815. 5733888. 41.  0. 

657839. 5733891. 42.  1. 

657840. 5733891. 45.  2. 

657839. 5733891. 48.  3. 

 

The following modifiers must be included: 

‐xm ‐dx ‐dy ‐dz ‐xsx ‐xsy ‐xsz  

These tags tell the specified interpolator how to construct a grid from the scattered points. A convex hull algorithm will eliminate data outside of the data extents. 

Page 53: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 52 of 60 

 

K-Means Clustering 

 

K‐Means clustering is a simple statistical unsupervised learning algorithm. It works by grouping an N‐dimensional dataset into groups— categorizing each data point into a cluster as represented by a centroid. K‐Means predicts the centroid location through an iterative process. The coded solution has been based on the solution provided from DataOnFocus but has been completely rewritten for application in JGeoEarthTools: 

 Solution extremely modified from DataOnFocus and is almost all re‐written. The following is added: 

 Multi‐threading has been added. Parallelization is performed on each cluster group. For example 10 threads will be created if the number of clusters is chosen. 

Maximum number of iterations can now be set in the inversion loop. This should be used for large datasets where computation of the solution is slow. 

Enabled a N‐dimensional cluster group. Any number of clusters can be used, including one. 

A constant Random number seed number is set so the initial clusters are consistent. A variable may be included in later releases if a different cluster output is required. 

 Output Cluster results. This ASCII file acts as a save‐state for the clustering result. This way the K‐Means clustering can be continued after being interrupted. 

The method no longer accepts 1D arrays but rectilinear objects 

It has been noticed that the cluster results are slightly different in the way the threading is performed. This may because random numbers are now accessed asynchronously rather than sequentially. 

 

Setting up the K‐Means clustering is based on the following code: 

 

1. It takes in the initial cluster points as input. This allows for any number of datasets.  

2. The initial points are assigned to be random if a clustering groupings file is not chosen. The seed has been currently set to Random seed 1, which means, that each clustering result will be consistent each time you run the program.  

3. A maximum number of iterations is allowed in case a perfect k‐means clustering result is not required. If a clustering groupings file has been selected then it will initialise the cluster point values with the last recorded index. This cluster file contains the grouping for all iterations. 

4. It will then compute the error for each data‐point against all centroids. For each point, the centroid with the lowest error will be initialized with that initial cluster. 

5. The centroids are then updated to minimize the global error. This is done through an "Expectant Minimization" algorithm (see Stanford Computer Science for more details).  

6. The centroids are updated and errors recalculated 

7. Steps 3‐6 are repeated until centroid assignment does not change from one iteration to the next or if the maximum number of iterations is reached 

 

Page 54: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 53 of 60 

 

public KMeans(String clusteringGroupingsFile, int [][] indices, float [][][] pts, int nClusters, int maxIterations, ArrayList<Double> minimumArray, ArrayList<Double> maximumArray) { 

      this.pts = pts; 

      this.indices = indices; 

      this.dim = pts.length; 

      this.nClusters = nClusters; 

      this.maxIterations = maxIterations; 

      this.clusteringGroupingsFile = clusteringGroupingsFile; 

      this.minimumArray = minimumArray; 

      this.maximumArray = maximumArray; 

      clusters = new ArrayList<>(); 

 

 

The code that performs the K‐Means clustering is: 

 

public static RectilinearSection kmeans (String clusteringGroupingsFile, List<RectilinearSection> input, int nClusters, int maxIterations) { 

    logger.info("Running KMeans"); 

    logger.info("...Number of Inputs=" + input.size()); 

    logger.info("...Number of Clusters=" + nClusters); 

    logger.info("...Max Iterations=" + (maxIterations == ‐1 ? "Infinite" : maxIterations)); 

    logger.info("...Validating Inputs"); 

 

    maxIterations = maxIterations == ‐1 ? Integer.MAX_VALUE : maxIterations; 

    int nx = input.get(0).xs.size(); 

    int nz = input.get(0).zs.size(); 

    ArrayList<Double> offsets = input.get(0).offsets; 

    ArrayList<Double> xs = input.get(0).xs; 

    ArrayList<Double> ys = input.get(0).ys; 

    ArrayList<Double> zs = input.get(0).zs; 

    double originX = input.get(0).originX; 

Page 55: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 54 of 60 

 

    double originY = input.get(0).originY; 

     double originZ = input.get(0).originZ; 

    boolean isValid = true; 

    int nth = 1; 

 

    LinkedHashMap<Integer, ArrayList<Integer>> validxs = new LinkedHashMap<>(); 

    LinkedHashMap<Integer, ArrayList<Integer>> validys = new LinkedHashMap<>(); 

    LinkedHashMap<Integer, ArrayList<Integer>> validzs = new LinkedHashMap<>(); 

    ArrayList<Double> currentValidXs = new ArrayList<>(xs); 

    ArrayList<Double> currentValidYs = new ArrayList<>(ys); 

    ArrayList<Double> currentValidZs = new ArrayList<>(zs); 

 

    for(RectilinearSection s : input) { 

 

      ArrayList<Double> xts = new ArrayList<>(currentValidXs); 

      ArrayList<Double> yts = new ArrayList<>(currentValidYs); 

      ArrayList<Double> zts = new ArrayList<>(currentValidZs); 

 

      for(double d : s.xs) { 

        boolean found = false; 

        Double df = Double.NaN; 

        for(Double d2 : xts) { 

          if(approximatelyEqual(d,d2,TOLERANCE)) { 

            found = true; 

            df = d2; 

          } 

        } 

        xts.remove(df); 

      } 

      if(nx != s.xs.size()) { 

        int n = 1; 

Page 56: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 55 of 60 

 

        for(RectilinearSection s2 : input) { 

          logger.info("Eastings do not match: Input " + n++ + "="+ + s2.xs.size()); 

        } 

        isValid = false; 

      } 

      if(nz != s.zs.size()) { 

        isValid = false; 

        int n = 1; 

        for(RectilinearSection s2 : input) { 

          logger.info("Northings do not match: Input " + n++ + "="+ s2.ys.size()); 

        } 

      } 

      if(originX != s.originX) { 

        isValid = false; 

        logger.info("Origin X does not match: Input " + nth + "="+ s.originX); 

        int n = 1; 

        for(RectilinearSection s2 : input) { 

          logger.info("‐‐‐Origin for " + n++ + "="+ s2.originX); 

        } 

      } 

      if(originY != s.originY) { 

        isValid = false; 

        logger.info("Origin Y does not match: Input " + nth + "="+ s.originY); 

        int n = 0; 

        for(RectilinearSection s2 : input) { 

          logger.info("‐‐‐Origin for " + n++ + "="+ s2.originY); 

        } 

      } 

      if(originZ != s.originZ) { 

        isValid = false; 

        logger.info("Origin Z does not match: Input " + nth + "="+ + s.originZ); 

Page 57: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 56 of 60 

 

        int n = 0; 

        for(RectilinearSection s2 : input) { 

          logger.info("‐‐‐Origin for " + n++ + "="+ + s2.originZ); 

        } 

      } 

      nth++; 

    } 

    if(isValid) { 

      logger.info("...Valid!"); 

    } else { 

      logger.info("...INVALID! Aborting."); 

      return null; 

    } 

 

    logger.info("...Creating Cluster Indices"); 

    logger.info("..." + nx + " x " + nz + " x " + input.size()); 

 

    int [][] indices = new int [nx][nz]; 

    int nv = input.size(); 

    logger.info("...Initializing blank array"); 

    float [][][] pts = new float[nv][nx][nz]; 

    logger.info("...Null Points Added"); 

    logger.info("...Settings Points"); 

    int countIncrement = (int) Math.min((double) nx/20.0,10000.0); 

 

    ArrayList<Double> minimumArray = new ArrayList<Double>(); 

    ArrayList<Double> maximumArray = new ArrayList<Double>(); 

    for(int k = 0 ; k < nv ; k++) { 

      RectilinearSection s = input.get(k); 

      double minVal = s.values.get(0).get(0); 

      double maxVal = s.values.get(0).get(0); 

Page 58: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 57 of 60 

 

      for(int i = 0 ; i < nx ; i++) { 

        List<Double> vals = s.values.get(i); 

        if(((i+1)%countIncrement) == 0) System.out.println("...Trace " + i + " of " + nx + "(" + (100 *(double) i / (double) nx) + "%) complete"); 

        for(int j = 0 ; j < nz ; j++) { 

            double val = vals.get(j); 

            pts[k][i][j] = (float) val; 

            minVal = Math.min(minVal, val); 

            maxVal = Math.max(maxVal, val); 

          } 

        } 

      minimumArray.add(new Double(minVal)); 

      maximumArray.add(new Double(maxVal)); 

    } 

    logger.info("...Computing K‐Means"); 

    KMeans k = new KMeans(clusteringGroupingsFile, indices, pts, nClusters, maxIterations, minimumArray, maximumArray); 

    k.init(); 

    k.calculate(); 

    logger.info("...Formatting Output"); 

    List<List<Double>> outputValues = new LinkedList<List<Double>>(); 

    for(int i = 0 ; i < nx ; i++) { 

      int [] arr = indices[i]; 

      List<Double> l = new LinkedList<Double>(); 

      for(int j = 0 ; j < nz ; j++) { 

        l.add((double) arr[j]); 

      } 

      outputValues.add(l); 

    } 

    RectilinearSection section = new RectilinearSection(offsets, xs, ys, zs, outputValues, originX, originY, originZ); 

    return section;  } 

Page 59: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

APPENDIX C 

Cooperative Inversion Workflows Flowcharts 

 

  Prior Model Creation Using Unsupervised Clustering of Seismic Attributes  (Automatised via batch files) 

 

 

 

  Prior Model Creation Using Structural Constraints  (Manual via interpreted seismic sections) 

 

   

K‐means clustering of seismic attributes files. 

Convert ModEM model file to JGeo format

Map resistivities from converted ModEM file to the k‐means clusters

Downsample the k‐means cluster file to the 

same mesh as the ModEM file

Apply a most frequency filter to provide a 

smoother prior model

Convert the smoothed JGeo file back to 

ModEM format as prior model for MT inversion

Structural/Stratigraphic Interpretation of Seismic 

Section 

Create Highres Bitmap of Interpreted Seismic with Geological Units

Load Bitmap into MTModelBuilder and assign Resistivities

Export suitable Prior Model File for Inversion 

ProgramSet Meshing Parameters

Load suitable Datafile of Inversion Program

Page 60: Department of Exploration Geophysics · 2020-03-18 · While the mathematical details of geophysical inversion are complicated, the concept of inversion is relatively simple. It entails

 

Page 59 of 60 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Don’t Bury Western Australia’s Geophysical Data: Uncovering Prospective Mineral Terrains with Regional 

Potential Field, Seismic and MT Transects through Cooperative Inversion 

(MRIWA Project M493)