恢復(fù)古環(huán)境的方法有很多，
包括通過(guò)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(guò)煤矸石來(lái)分析。
煤矸石由德國(guó)地質(zhì)學(xué)家
G.Bischof
在對(duì)石炭系煤層中粘土巖的研究過(guò)程中
首先提出。
從廣義上來(lái)講，
煤矸石是煤礦生在產(chǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，
包括巖石
巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的掘進(jìn)矸石，
采煤過(guò)程中從頂板、
底板和夾在煤層中的巖石夾層
里采出來(lái)的煤矸石，
以及在洗煤廠生產(chǎn)過(guò)程中排出的洗矸石。
我們一般把采煤過(guò)
程和洗煤廠生產(chǎn)過(guò)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(zhì)巖石，是由炭質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)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(zhǎng)石
為主。
煤矸石一直被當(dāng)作煤的“廢料”
，在地表大量堆積起來(lái)，它不僅占用大量的
耕地，
同時(shí)也對(duì)地下水和土壤構(gòu)成嚴(yán)重污染，
同時(shí)煤矸石又是一種非金屬礦產(chǎn)資
源，如果對(duì)其進(jìn)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(shí)也有助于提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
煤矸石層位穩(wěn)定，
作
為一種特殊的地質(zhì)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(guān)系，
煤矸石和煤整合接觸，
具有沉積的連續(xù)性
和密切相關(guān)性，并包含豐富的地質(zhì)信息，如沉積環(huán)境、古地理、原始質(zhì)料、堆積
方式、覆水程度和介質(zhì)化學(xué)特征等。煤矸石的類型、結(jié)構(gòu)構(gòu)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(duì)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(zhì)勘探中，
煤矸石可作為不同煤田及不同煤層間地層對(duì)比標(biāo)志層。
含煤
地層中，尤其是高嶺巖在世界范圍內(nèi)均有產(chǎn)出，通常厚僅幾
cm
，它特定的礦物
組成、形態(tài)、化學(xué)成分、有機(jī)質(zhì)組成和產(chǎn)出位置及分布，可作為大范圍內(nèi)煤層對(duì)
比標(biāo)志。
據(jù)國(guó)外地質(zhì)學(xué)者研究，
煤矸石的產(chǎn)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(shí)
的物源、
沉積環(huán)境有著密切的關(guān)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(zhì)體中，
元素及其化合物在地質(zhì)作用中表現(xiàn)出的規(guī)律性是利用地球化學(xué)
方法恢復(fù)古環(huán)境的理論基礎(chǔ)，
并且地球化學(xué)元素間的組合特征是一定地質(zhì)作用的
結(jié)果，
因此地球化學(xué)方法是恢復(fù)含煤巖系沉積環(huán)境的主要手段之一，
特別是對(duì)于
那些缺乏生物化石、
原生沉積構(gòu)造不太發(fā)育或不明顯的巖層，
地球化學(xué)方法就顯
得更加重要。
用地球化學(xué)方法恢復(fù)古環(huán)境的關(guān)鍵是選擇地球化學(xué)指標(biāo)，
這些地球
化學(xué)指標(biāo)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(gòu)造背景性質(zhì)等。
一般是選用性質(zhì)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(chǎn)生分異的元素。
選用這些性質(zhì)特殊的元素能夠“放大”沉積環(huán)境所蘊(yùn)涵的地質(zhì)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(guò)這些微量元素
及某些常量元素，可構(gòu)造出多種具有地質(zhì)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(fù)的一個(gè)重要指標(biāo)。
一般認(rèn)為不同
古水體介質(zhì)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(fù)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(fù)主要通過(guò)變價(jià)元素的共生組合關(guān)系及含量的變化來(lái)實(shí)
現(xiàn)。
氧化還原條件決定變價(jià)元素價(jià)態(tài)的高低，
一些元素的價(jià)態(tài)與氧化還原條件密
切相關(guān)。資料表明
[49]
自然界中氧化
-
還原反應(yīng)對(duì)變價(jià)元素
(V
、
Mo
、
U)
的遷移、
共生、
沉淀有重要控制作用，
可改變?cè)卦械倪w移狀態(tài)，
使同一元素的不同價(jià)
態(tài)或與其共生元素發(fā)生分離，
導(dǎo)致不同環(huán)境中元素的重新分配。
如在氧化條件下，
變價(jià)元素呈高價(jià)態(tài)
(U6+
、
V5+
、
Mo6+
、
Ce4+
、
S6+)
，形成的化合物易遷移，還原
條件呈低價(jià)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(jià)態(tài)
(
如
Fe3+
、
Eu3+)
易沉淀，而在還原條件下呈低價(jià)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(jià)元素
(
如
U
、
V
等
)
相反。
物源性質(zhì)是決定陸源碎屑（包括粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖）沉積巖化學(xué)組成的主
要因素。
沉積巖由于母巖化學(xué)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(xué)參數(shù)存在差別。
沉積巖母巖的源區(qū)性質(zhì)、
構(gòu)造背景的研究是地質(zhì)中重
要問(wèn)題，
其研究的方法很多。
傳統(tǒng)的方法采用硅質(zhì)碎屑巖的主要組分來(lái)估計(jì)源區(qū)
的成分及構(gòu)造背景，但有的學(xué)者發(fā)現(xiàn)對(duì)細(xì)碎屑巖
(
包括泥、頁(yè)巖
)
進(jìn)行常量、微量
和稀土元素的分析效果更好。
煤矸石主要以細(xì)碎屑巖為主，
適合通過(guò)地球化學(xué)方
法研究其物源及其構(gòu)造背景性質(zhì)。
