恢復古環(huán)境的方法有很多，
包括通過黃土層，
深海沉積物和石筍分析的方法，
這里我們介紹的是通過煤矸石來分析。
煤矸石由德國地質學家
G.Bischof
在對石炭系煤層中粘土巖的研究過程中
首先提出。
從廣義上來講，
煤矸石是煤礦生在產的過程中產生的廢渣，
包括巖石
巷道掘進時產生的掘進矸石，
采煤過程中從頂板、
底板和夾在煤層中的巖石夾層
里采出來的煤矸石，
以及在洗煤廠生產過程中排出的洗矸石。
我們一般把采煤過
程和洗煤廠生產過程中排出的矸石叫煤矸石。
煤矸石是一種以粘土巖為主的致密
泥質巖石，是由炭質頁巖、炭質砂巖、粉砂巖、砂巖、碳酸鹽巖和火山碎屑巖等
巖石組成的混合物。其中礦物以高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、石英和長石
為主。
煤矸石一直被當作煤的“廢料”
，在地表大量堆積起來，它不僅占用大量的
耕地，
同時也對地下水和土壤構成嚴重污染，
同時煤矸石又是一種非金屬礦產資
源，如果對其進行合理的開發(fā)利用，找一條比較好的利用途徑，變廢為寶，不僅
有利于改善環(huán)境，
同時也有助于提高煤礦企業(yè)的經濟效益。
煤矸石層位穩(wěn)定，
作
為一種特殊的地質體，
是古環(huán)境變化的重要載體之一，
是推斷古環(huán)境的有效手段
之一。
煤矸石和煤具有近緣沉積關系，
煤矸石和煤整合接觸，
具有沉積的連續(xù)性
和密切相關性，并包含豐富的地質信息，如沉積環(huán)境、古地理、原始質料、堆積
方式、覆水程度和介質化學特征等。煤矸石的類型、結構構造、礦物組合、微量
元素的賦存狀態(tài)、常量元素及微量元素含量比值的特征對沉積環(huán)境（如古鹽度、
氧化還原條件、沉積相）都具有指示作用。
在地質勘探中，
煤矸石可作為不同煤田及不同煤層間地層對比標志層。
含煤
地層中，尤其是高嶺巖在世界范圍內均有產出，通常厚僅幾
cm
，它特定的礦物
組成、形態(tài)、化學成分、有機質組成和產出位置及分布，可作為大范圍內煤層對
比標志。
據(jù)國外地質學者研究，
煤矸石的產狀在水平方向上有較大的延伸，
在垂
直方向上具有較小的厚度，成煤條件不同，其類型也有較大區(qū)別。
煤矸石是含煤巖系中一種特殊的沉積巖，
是成煤體系中的重要組成部分。
煤
矸石在含煤地層中分布廣、
層位穩(wěn)定，
它的礦物組合特征與地層沉積單元沉積時
的物源、
沉積環(huán)境有著密切的關系，
其元素含量及組合特征的變化，
能夠反映沉
積環(huán)境的變遷，所以煤矸石是良好的古環(huán)境信息的載體。
在地質體中，
元素及其化合物在地質作用中表現(xiàn)出的規(guī)律性是利用地球化學
方法恢復古環(huán)境的理論基礎，
并且地球化學元素間的組合特征是一定地質作用的
結果，
因此地球化學方法是恢復含煤巖系沉積環(huán)境的主要手段之一，
特別是對于
那些缺乏生物化石、
原生沉積構造不太發(fā)育或不明顯的巖層，
地球化學方法就顯
得更加重要。
用地球化學方法恢復古環(huán)境的關鍵是選擇地球化學指標，
這些地球
化學指標能夠靈敏的指示古環(huán)境的變化，
主要包括古鹽度、
氧化還原條件、
物源
區(qū)及其構造背景性質等。
一般是選用性質特殊的元素，
即在不同的環(huán)境中富集的
程度差異較大，或者元素之間緊密共生且不易因環(huán)境的變化而產生分異的元素。
選用這些性質特殊的元素能夠“放大”沉積環(huán)境所蘊涵的地質信息。例如
Ba
、
Ga
、
Zr
、
Ti
、
Th
、
Zn
等一般為“親陸性”元素（在陸相環(huán)境中含量高）
，而
Sr
、
B
、
Li
、
V
、
Ni
、
U
、
Cu
等一般為“親海性”元素
[38]
。因此，通過這些微量元素
及某些常量元素，可構造出多種具有地質意義的參數(shù)，如
Sr/Ba
、
B/Ga
、
Rb/K
、
Ca/Sr
、
Al/Ti
、
V/Zn
、
U/Th
、
V/Zr
等。
從淡水到咸水環(huán)境，
沉積物中
Sr/Ba
、
B/Ga
、
Rb/K
、
V/Zn
、
V/Zr
等比值總體上增大，
Ca/Sr
、
Al/Ti
等比值總體上減小。
沉積環(huán)境中，
古鹽度是古環(huán)境和古氣候恢復的一個重要指標。
一般認為不同
古水體介質的古鹽度分別為：
淡水
<0.5
‰、
微咸水
0.5~5
‰、
半咸水
5~18
‰和咸
水
18~40
‰。
恢復古鹽度的方法主要有微量元素法、
微量元素比值法、
同位素法、
常量元素鉀鈉比值法、沉積磷酸巖法。其他方法還有鍶鈣法、礬鈣比值法等。
氧化
-
還原條件的恢復主要通過變價元素的共生組合關系及含量的變化來實
現(xiàn)。
氧化還原條件決定變價元素價態(tài)的高低，
一些元素的價態(tài)與氧化還原條件密
切相關。資料表明
[49]
自然界中氧化
-
還原反應對變價元素
(V
、
Mo
、
U)
的遷移、
共生、
沉淀有重要控制作用，
可改變元素原有的遷移狀態(tài)，
使同一元素的不同價
態(tài)或與其共生元素發(fā)生分離，
導致不同環(huán)境中元素的重新分配。
如在氧化條件下，
變價元素呈高價態(tài)
(U6+
、
V5+
、
Mo6+
、
Ce4+
、
S6+)
，形成的化合物易遷移，還原
條件呈低價態(tài)
(U4+
、
V3+
、
Mo4+
、
Ce3+
、
S2-)
的化合物易沉淀；與之相反，
Fe
、
Mn
、
Cu
、
Eu
呈高價態(tài)
(
如
Fe3+
、
Eu3+)
易沉淀，而在還原條件下呈低價態(tài)
(Fe2+
、
Eu2+)
易遷移。
Fe
、
Cu
、
Zn
、
Cd
等親硫元素在
H2S
含量高的還原環(huán)境下生成易
沉淀的硫化物，還有些元素
(Th
、
Sc)
一般不受氧化還原條件變化的影響，而與其
共生的變價元素
(
如
U
、
V
等
)
相反。
物源性質是決定陸源碎屑（包括粉砂巖、頁巖、泥巖）沉積巖化學組成的主
要因素。
沉積巖由于母巖化學成分不同，
其常量元素、
微量元素含量及元素比值
等地球化學參數(shù)存在差別。
沉積巖母巖的源區(qū)性質、
構造背景的研究是地質中重
要問題，
其研究的方法很多。
傳統(tǒng)的方法采用硅質碎屑巖的主要組分來估計源區(qū)
的成分及構造背景，但有的學者發(fā)現(xiàn)對細碎屑巖
(
包括泥、頁巖
)
進行常量、微量
和稀土元素的分析效果更好。
煤矸石主要以細碎屑巖為主，
適合通過地球化學方
法研究其物源及其構造背景性質。