恢复古环境的方法有很多，
包括通过黄土层，
深海沉积物和石笋分析的方法，
这里我们介绍的是通过煤矸石来分析。
煤矸石由德国地质学家
G.Bischof
在对石炭系煤层中粘土岩的研究过程中
首先提出。
从广义上来讲，
煤矸石是煤矿生在产的过程中产生的废渣，
包括岩石
巷道掘进时产生的掘进矸石，
采煤过程中从顶板、
底板和夹在煤层中的岩石夹层
里采出来的煤矸石，
以及在洗煤厂生产过程中排出的洗矸石。
我们一般把采煤过
程和洗煤厂生产过程中排出的矸石叫煤矸石。
煤矸石是一种以粘土岩为主的致密
泥质岩石，是由炭质页岩、炭质砂岩、粉砂岩、砂岩、碳酸盐岩和火山碎屑岩等
岩石组成的混合物。其中矿物以高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、石英和长石
为主。
煤矸石一直被当作煤的“废料”
，在地表大量堆积起来，它不仅占用大量的
耕地，
同时也对地下水和土壤构成严重污染，
同时煤矸石又是一种非金属矿产资
源，如果对其进行合理的开发利用，找一条比较好的利用途径，变废为宝，不仅
有利于改善环境，
同时也有助于提高煤矿企业的经济效益。
煤矸石层位稳定，
作
为一种特殊的地质体，
是古环境变化的重要载体之一，
是推断古环境的有效手段
之一。
煤矸石和煤具有近缘沉积关系，
煤矸石和煤整合接触，
具有沉积的连续性
和密切相关性，并包含丰富的地质信息，如沉积环境、古地理、原始质料、堆积
方式、覆水程度和介质化学特征等。煤矸石的类型、结构构造、矿物组合、微量
元素的赋存状态、常量元素及微量元素含量比值的特征对沉积环境（如古盐度、
氧化还原条件、沉积相）都具有指示作用。
在地质勘探中，
煤矸石可作为不同煤田及不同煤层间地层对比标志层。
含煤
地层中，尤其是高岭岩在世界范围内均有产出，通常厚仅几
cm
，它特定的矿物
组成、形态、化学成分、有机质组成和产出位置及分布，可作为大范围内煤层对
比标志。
据国外地质学者研究，
煤矸石的产状在水平方向上有较大的延伸，
在垂
直方向上具有较小的厚度，成煤条件不同，其类型也有较大区别。
煤矸石是含煤岩系中一种特殊的沉积岩，
是成煤体系中的重要组成部分。
煤
矸石在含煤地层中分布广、
层位稳定，
它的矿物组合特征与地层沉积单元沉积时
的物源、
沉积环境有着密切的关系，
其元素含量及组合特征的变化，
能够反映沉
积环境的变迁，所以煤矸石是良好的古环境信息的载体。
在地质体中，
元素及其化合物在地质作用中表现出的规律性是利用地球化学
方法恢复古环境的理论基础，
并且地球化学元素间的组合特征是一定地质作用的
结果，
因此地球化学方法是恢复含煤岩系沉积环境的主要手段之一，
特别是对于
那些缺乏生物化石、
原生沉积构造不太发育或不明显的岩层，
地球化学方法就显
得更加重要。
用地球化学方法恢复古环境的关键是选择地球化学指标，
这些地球
化学指标能够灵敏的指示古环境的变化，
主要包括古盐度、
氧化还原条件、
物源
区及其构造背景性质等。
一般是选用性质特殊的元素，
即在不同的环境中富集的
程度差异较大，或者元素之间紧密共生且不易因环境的变化而产生分异的元素。
选用这些性质特殊的元素能够“放大”沉积环境所蕴涵的地质信息。例如
Ba
、
Ga
、
Zr
、
Ti
、
Th
、
Zn
等一般为“亲陆性”元素（在陆相环境中含量高）
，而
Sr
、
B
、
Li
、
V
、
Ni
、
U
、
Cu
等一般为“亲海性”元素
[38]
。因此，通过这些微量元素
及某些常量元素，可构造出多种具有地质意义的参数，如
Sr/Ba
、
B/Ga
、
Rb/K
、
Ca/Sr
、
Al/Ti
、
V/Zn
、
U/Th
、
V/Zr
等。
从淡水到咸水环境，
沉积物中
Sr/Ba
、
B/Ga
、
Rb/K
、
V/Zn
、
V/Zr
等比值总体上增大，
Ca/Sr
、
Al/Ti
等比值总体上减小。
沉积环境中，
古盐度是古环境和古气候恢复的一个重要指标。
一般认为不同
古水体介质的古盐度分别为：
淡水
<0.5
‰、
微咸水
0.5~5
‰、
半咸水
5~18
‰和咸
水
18~40
‰。
恢复古盐度的方法主要有微量元素法、
微量元素比值法、
同位素法、
常量元素钾钠比值法、沉积磷酸岩法。其他方法还有锶钙法、矾钙比值法等。
氧化
-
还原条件的恢复主要通过变价元素的共生组合关系及含量的变化来实
现。
氧化还原条件决定变价元素价态的高低，
一些元素的价态与氧化还原条件密
切相关。资料表明
[49]
自然界中氧化
-
还原反应对变价元素
(V
、
Mo
、
U)
的迁移、
共生、
沉淀有重要控制作用，
可改变元素原有的迁移状态，
使同一元素的不同价
态或与其共生元素发生分离，
导致不同环境中元素的重新分配。
如在氧化条件下，
变价元素呈高价态
(U6+
、
V5+
、
Mo6+
、
Ce4+
、
S6+)
，形成的化合物易迁移，还原
条件呈低价态
(U4+
、
V3+
、
Mo4+
、
Ce3+
、
S2-)
的化合物易沉淀；与之相反，
Fe
、
Mn
、
Cu
、
Eu
呈高价态
(
如
Fe3+
、
Eu3+)
易沉淀，而在还原条件下呈低价态
(Fe2+
、
Eu2+)
易迁移。
Fe
、
Cu
、
Zn
、
Cd
等亲硫元素在
H2S
含量高的还原环境下生成易
沉淀的硫化物，还有些元素
(Th
、
Sc)
一般不受氧化还原条件变化的影响，而与其
共生的变价元素
(
如
U
、
V
等
)
相反。
物源性质是决定陆源碎屑（包括粉砂岩、页岩、泥岩）沉积岩化学组成的主
要因素。
沉积岩由于母岩化学成分不同，
其常量元素、
微量元素含量及元素比值
等地球化学参数存在差别。
沉积岩母岩的源区性质、
构造背景的研究是地质中重
要问题，
其研究的方法很多。
传统的方法采用硅质碎屑岩的主要组分来估计源区
的成分及构造背景，但有的学者发现对细碎屑岩
(
包括泥、页岩
)
进行常量、微量
和稀土元素的分析效果更好。
煤矸石主要以细碎屑岩为主，
适合通过地球化学方
法研究其物源及其构造背景性质。