㈠ 古土壤研究方法
古土壤的研究方法與沉積岩的研究方法比較類似，可以分為野外觀察描述和室內分析化驗及微觀結構觀察兩方面。
5.2.4.1野外觀察描述
在野外，古土壤有三個主要特徵有別於其他岩石，這三個方面的特徵是生物痕跡、土壤發生層和土壤結構（Retallack,1988,1990）。古土壤中發現的各種陸生生物痕跡中，化石植物根跡是辨別沉積岩石序列中化石土壤的最好標志。它們是沉積物中曾經有植物生長過的證據，不論還具有其他什麼特徵，它在一定程度上都是化石土壤。古土壤在形成和埋藏過程中，由於受氧化和壓實，在沉積岩中很難看到形態完整的根跡，一般情況下，可通過以下三方面的特徵來識別植物根跡，以區別於蟲孔和其他土壤特徵。
1）不規則管狀形態，向下逐漸變細；
2）向下分叉或從中間向外分叉；
3）由於側向根系周圍的沉積物受壓實而呈似風琴狀。
土壤層是沉積層序中識別古土壤的附加特徵。在多數情況下，土壤層在結構、顏色或礦物含量方面從被侵蝕的古陸地表面向母質層方向呈漸變變化。這種變化通常比紊流或河流點壩沉積形成的粒序層更復雜。在古土壤或土壤中，一般有幾個土壤層，其中的一些土壤層相對於上覆或下伏層，富含粘土、碳酸鹽或有機質。土壤層反映了成土母質在化學或結構上從上向下被改造程度逐漸減弱的成土過程。
土壤具有一些明顯區別於其他沉積物的復雜構造，這些構造在沉積和成岩過程中是不會形成的。受壓實作用的影響，在現今土壤剖面中觀察到的典型土壤自然結構體（ped structure），在大多數古土壤中卻無法保存。在土壤中，作為一般規律，土壤自然結構體的尺寸會隨深度增加而增大，比如從細粒狀變化為塊狀再到稜柱狀。這種垂向變化的殘余構造在一些古土壤中也能觀察到，尤其是在被埋藏之前就已經岩化了的土壤中，如鈣結層。偽背斜構造在許多古土壤中也可觀察到，這種構造由多組平行線（面）——通常為滑擦面、破裂面（後期一般被方解石充填）——以較寬的、略傾斜的向斜和陡峭的、呈尖頭形的背斜的形式構成。如果在古土壤中出現這種構造，則表明原始成土母質膨脹性粘土（如蒙脫石）含量較高，且多形成於排水不良的濕潤環境中。因此，在現代土壤中出現這種構造，一般將其歸為變性土。除此之外，還有柱狀和稜柱狀構造（垂向拉長構造）以及在鈣結層里出現的結晶構造（早期裂縫晶體充填）、蜂窩狀構造、豆粒、薄蓋層等。另外，在古土壤中還可以見到新月形粘土構造，這種構造是由一些頂面向上彎曲、底面也向上彎曲或為平的低振幅、長波長的構造所組成，厚度可達幾厘米，成分為粘土，與層面相平行。
5.2.4.2室內研究
室內研究主要包括礦物學、地球化學分析和土壤微形態特徵觀察三個方面。礦物學研究主要是粘土礦物含量及其組合特徵的分析（Wright,1992）；地球化學分析內容比較豐富，包括常量元素、微量元素、稀土元素、穩定同位素等的測定，這些化學元素的組成及含量縱向變化蘊涵著大量的古氣候、古環境信息（趙景波，2001；高全洲等，2001）。在土壤演化過程中，當環境發生變化，土壤的一些特徵諸如化學成分和礦物含量等，也將隨之發生變化或早期形成的構造將被改造。然而，許多微形態學特徵卻保存較好，可以對早期土壤演化階段進行有效的識別（郭正堂等，1996;McCarthy和Martini等，1998）。
（1）礦物學和地球化學特徵
礦物學和地球化學特徵是極其有用的判別標准，尤其是辨別「風化」等級。控制這些等級的基本因素是物質的分解率，通常情況下，上部土壤層分解率較大，隨深度增加而減弱。在風化過程中，各種陽離子被釋放。它們在剖面上的分布可以用來評價風化特性及程度，常用元素有Fe、Al、P、Mn、Na、K、Ca和Si，它們通常以氧化物和氫氧化物的形式存在。可以繪制這些陽離子或氧化物與深度的關系圖，也可以用可動元素與不可動元素的比值。在淋洗作用較強的上部土壤剖面中可動元素與不可動元素的比值較低（Smith和Buol,1968）。
在時代較老的土壤中，由於缺乏明顯的生物特徵，這種化學風化差異性成為識別古土壤強有力的工具。這種現象在硅酸鹽母質和碳酸鹽母質中都可以見到。在這種情況下可以使用痕量元素（Mg、Sr、Na）和穩定同位素（δ8O和δ13C）來識別石灰岩序列的地表暴露面。Mg、Sr和Na是從不穩定的文石（富Sr）和高鎂方解石中析出的，或者高鎂方解石被低鎂方解石所交代也能析出這些元素。在這些變化中，海洋沉積物中的18O被大氣中較輕的160所取代，使得沉積物中的δ18O變輕。當大氣水濾過上覆土壤，來自CO2和土壤酸的同位素較輕的有機碳也被吸收到交代方解石。因此新形成的碳酸鹽具有較輕的δ13C，盡管這種趨勢僅限於土壤剖面比較靠上的部位。
在風化過程中，硅酸鹽被轉變成各種各樣的次級產物，尤其是粘土礦物（Nesbitt和Young,1989）。粘土礦物被廣泛用來鑒別古土壤，尤其是經過高溶濾作用的粘土如高嶺石。蒙脫石在古土壤解釋中是很有用的礦物，但存在由埋藏深度和熱作用導致伊利石化而具有成岩作用特徵的問題。英國威爾士和歐洲大陸的石炭系和侏羅系古土壤的兩項研究表明，伊－矇混層粘土也具有潛在的用途。這些伊－矇混層是由土壤的干－濕交替使得鉀固定下來的成壤作用形成的，而不是埋藏伊利石化形成的（Robinson和Wright,1987）。這種伊－矇混層粘土形成於發育較好的變性土中。
鐵和錳的化合物也可以用來識別特定的土壤形態。成壤作用形成的礦物富集主要發育在鐵質岩殼中。這些岩殼非常富集鐵和鋁的氧化物、氫氧化物（鐵礬土和鐵鋁礬土）以及硅土、鈣質碳酸鹽（鈣質結礫岩）或石膏。
（2）微形態學特徵
微形態學（土壤岩石學）方法是識別古土壤強有力的手段，也就是地質學家過去常用的岩石薄片觀察。該方法已經被成功地運用到鈣質環境和非鈣質環境古土壤的識別（W right和W ilson,1987）。
微形態學研究方法類似於沉積岩石學中的岩類學分析。通過觀察土壤的微形態特徵，可以建立類似於「成岩作用序列」的成壤作用序列（Kem p,1998）。如法國一些土壤的研究中利用顆粒包膜和孔隙充填特徵來研究土壤的形成，這些研究發現顆粒包膜和孔隙充填特徵存在三個生長階段：第一個生長階段是沿細粒粘土切線方向形態清楚的包殼，其次是「臟化」的粉質粘土，最後是分選較差、成分不純含有碳和有機質的粘土。這三個階段被認為是代表了無擾動林地環境中粘土的淀積作用（干凈粘土）、林地消失和水體的流經（「臟化」粘土）以及耕作和土壤熟化（分選差、孔隙充填）（Macphail,1986）。另外，古土壤的微形態學研究還被應用於古環境、古氣候變化分析（Scarciglia和Terribile等，2003;Yong Woo Lee和YongⅡLee等，2003）。