地統計學以變異函數為主要工具，研究在空間分布上既有隨機性又有結構性，或空間相關和依賴性。地統計學中的變異函數主要為協方差又稱為半方差，表示兩隨機變量間的差異。在概率論中，隨機變量X與Y的協方差定義為：
Coυ（X，Y）＝E［（X-E（X））（Y-E（Y））］ （3.19）
在地統計學中協方差表示為：
地下水型飲用水水源地保護與管理：以吳忠市金積水源地為例
式中：Z（x）——區域化隨機變量；
h——樣本間距；
Z——樣本平均數。半變異函數又稱為半變差函數，表示為：
地下水型飲用水水源地保護與管理：以吳忠市金積水源地為例
將其表示為變異函數：
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變異函數隨著距離的增加而增加，半變異函數在變化過程中主要以4個參數進行描述，塊金值（Nugget）、變程（Range）、基臺值（Sill）和偏基臺值（Partial Sill）。凡是要研究空間分布數據的結構性和隨機性，或空間相關性和依賴性，或空間格局與變異，並對這些數據進行最優無偏內插估計，或要模擬這些數據的離散性、波動性時，均可應用地統計學的理論及相應的方法。利用GIS系統的采集、貯存、管理、分析和輸出功能，對多種數據進行數據維護與更新、區域空間分析、多要素綜合分析，利用其中地統計功能對采樣點濃度進行插值，提取生成的濃度值，對原始采樣數據進行加密，解決統計法對樣本數量的要求，之後再將加密後的數據應用於統計分析。