C2 · 出版卷 12

Survey and Sampling Design

目的、尺度、方向、密度、代表性和成本

学习目标

完成本课后，你应能从决策问题推导调查设计，用定向试验估计足迹和噪声，依据预期几何选择支持、方向和间距，区分代表性与分析精密度，并在采集前规定质量控制和自适应规则。

调查是一套观测系统，不是覆盖地图的网格。设计包括目标总体、测量支持、选择规则、空间与时间几何、制备、分析、质量控制、探测性能和解释规则。密集但有偏的调查，可能不如稀疏但对准正确总体的设计有信息。

首先定义决策。观测是为了发现区域足迹、区分两条构造、估计局部变异、定位边界，还是检验必要条件的缺失？不同问题意味着不同总体和可接受误差。样品应由它代表的材料和支持描述，而不只是中心点坐标。

被测量是有意测定的量。例如土壤计划可定义为某一层位、粒级和支持上的元素浓度；物理调查可定义为特定校正后的场响应。若被测量在不同测线、季节、执行组或实验批次间改变，除非有转换模型，合并数据就不代表同一总体。

选择可采用概率、系统、分层、自适应或目的性方法。系统设计覆盖规则，但可能与周期性地质发生 aliasing；分层可在表生、岩性或准入域间分配观测；目的样有利于表征特征，却不能当作区域无偏估计。应记录选择概率或理由。

定向调查在全面部署前检验观测系统，考察介质、层位或深度、粒级、支持质量、方向、间距、制样、分析方法、检出限、背景总体、季节效应及预期信噪。条件允许时，应包含已知且相互对照的地质环境，但不得用最终评价集的靶区标签调参。

定向工作询问方法能否在预定尺度发现足迹，并把它和干扰过程区分。若某种方法只在特定含水状态或表生单元内发现信号，就要进行分域设计。若背景方差淹没预期反差，单纯缩小间距未必解决问题。

扩展前写定适应规则，例如：相邻观测显示可重复梯度时加密；出现声明的质量失败后改变介质；重复样显示不可接受非均质性时停止该方法。未经记录的现场临时改变，即使地质上看似合理，也可能制造选择偏差。

当目标是发现窄特征时，测线应尽量横穿预期长轴或构造走向。若测线近乎平行，规则网格也可能漏失或夸大连续性。方向不确定时，应用竞争几何检验设计是否仍充分。

间距由决策门要求发现的最小足迹决定，而不是由地图美观决定。简单确定规则可要求至少两条独立测线跨过最小靶长，并在预期宽度上有多个观测。真实检出概率还取决于网格相位、连续性、噪声、支持和处理。

支持会改变方差和稀释。大组合样可平滑 nugget 效应，却会稀释窄异常；小 grab 样可捕捉极端物料，却难代表总体。对于颗粒物，粒级、解离和样品质量控制基本采样变异。采样误差发生在实验分析之前，不能由精密仪器消除。

代表性指选择与支持对目标总体的适用性，不由样本数量自动保证。覆盖偏差、不可进入点、偏好采集可见蚀变、回收损失和搬运物都可能改变总体。应绘制设计偏离及其原因。

质量保证定义计划体系；质量控制产生体系运行证据。野外重复包含局部非均质性加野外采样；制备重复考察后续缩分；分析重复估计仪器或分析重复性；blank 检验污染；适合基质和浓度范围的参考物质检验准确度与漂移。这些控制回答不同问题。

当次序效应重要时，应随机化或平衡样品顺序；在可行且安全时使用盲标识。预先声明接受标准与响应行动：调查、限定、复测、重采或拒绝批次。控制失败不自动使所有结果无效，但绝不能隐藏或无痕修正。

一个虚构线性足迹预计宽 240 m，方向不确定度为 ±20°。建议测线垂直于首选走向，线距 300 m，点距 60 m。理想方向上足迹跨四个点间距，视网格相位通常由四至五个测点表示。

若实际走向偏 20°，沿测线的表观穿越宽度为 240/\cos20^\circ\approx255 m，点支持仍足够；但线距决定短足迹能否被相交。若最小靶长为 500 m，300 m 线距随相位只可能由一至两条线穿过，因而不能保证满足“两条独立测线确认”的门槛。

把线距降到 200 m，在有界几何下可为 500 m 连续靶体提供至少两次、通常三次穿越。但若响应断续，这仍不等于确定检出概率。定向计划应估计连续性和背景方差。设计记录应写明：200 m 线距、60 m 点距、横走向且含 ±20° 情景、两线确认规则，以及关键穿越因准入缺失时结果为“不确定”。