先已存在的巖石受物理和化學條件變化的影響，改變其結構、構造和礦物成分，成為一種新的巖石的轉變過程。變質作用絕大多數與地殼演化進程中地球內部的熱流變化、構造應力或負荷壓力等密切有關，少數是由隕石衝擊月球和地球的表面巖石所產生。變質作用是在巖石基本上保持固體狀態下進行的。地表的風化作用和其他外生作用引起巖石的變化，不屬於變質作用。
從早太古宙至現代，都有變質作用發生。在非洲和前蘇聯測得侵入變質巖中的巖漿巖的年齡為35億年，在在中國的冀東地區測得斜長角閃巖的年齡為35億年，在格陵蘭測得變質巖的年齡為38億年，說明在早太古宙時期，已有變質作用發生。在現代島弧底部和大洋中脊，由於有較高的地熱梯度，也正在發生變質作用。
變質作用的方式 主要包括下列幾種：①重結晶作用，指在原巖基本保持固態條件下，同種礦物的化學組分的溶解、遷移和再次沉淀結晶，使粒度不斷加大，而不形成新的礦物相的作用。例如，石灰巖變質成為大理巖。②變質結晶作用，指在原巖基本保持固態條件下，形成新礦物相的同時，原有礦物發生部分分解或全部消失。這種過程一般是通過特定的化學反應來實現的，又稱為變質反應。在礦物相的變化過程中，多數情況下巖石中的各種組分發生重新組合。在變質結晶作用中形成新礦物相的主要途徑有脫揮發分反應、固體－固體反應和氧化－還原反應等。變質巖中新礦物相的出現首先受變質反應過程中物理化學平衡原理的控制，其次受化學動力學有關原理的控制。③變質分異作用，指成分均勻的原巖經變質作用後，形成礦物成分和結構構造不均勻的變質巖的作用。例如，在角閃質巖石中形成以角閃石為主的暗色條帶和以長英質為主的淺色條帶。④交代作用，指有一定數量的組分被帶進和帶出，使巖石的總化學成分發生不同程度的改變的成巖成礦作用。巖石中原有礦物的分解消失和新礦物的形成基本同時，它是一種逐漸置換的過程。⑤變形和碎裂作用，在淺部低溫低壓條件下，多數巖石具有較大的脆性，當所受應力超過一定彈性限度時，就會碎裂。在深部溫度較高的條件下，巖石所受應力超過彈性限度時，則出現塑性變形。
變質作用的因素 主要是溫度、壓力和具化學活動性的流體等。溫度的改變一般是引起變質作用的主要因素，多數變質作用是在溫度升高（一般溫度范圍為200～900℃）的情況下進行的。熱能主要有兩種來源：地殼中放射性同位素衰變釋放的和深部重力分異產生的。
變質作用的壓力范圍一般為0～109帕。根據物理性質，壓力分為兩種。一種是靜壓力，具有均向性，又分為負荷壓力和流體壓力。負荷壓力指巖石在地殼一定深度所承受的上覆巖層的重力，其數值隨深度而增加。流體壓力指變質作用中巖層內存在的少量流體的壓力。一般情況下，變質作用中流體壓力等於負荷壓力，少數情況下，兩者不相等時，則流體壓力起獨立作用，成為控制脫水和脫碳酸鹽化等變質反應的主要因素。另一種是應力，鎖是一種側向壓力，通常和地殼活動帶的構造運動有關。一般，應力在地殼淺部較強，深部則減弱，表現為對巖石和礦物的機械改造，巖石變形、板狀劈理、碎裂構造都與應力有關。應力還能通過多種途徑加速變質反應和重結晶作用。
在變質作用中，巖石中常存在少量流體相，且隨變質程度的加強而減少。流體相的成分以水和二氧化碳為主，可含有其他易揮發組分。隨著溫度和壓力的增大，其活動性也隨之增強，一般可以起溶劑作用，促進組分溶解，並加強其擴散速度，從而促進重結晶和變質反應，也可以直接參與水化和脫水等變質反應。上述變質作用因素不是孤立存在，通常是同時出現，互相配合又互相制約。此外，時間也是一個重要因素。
關於變質作用中溫度和壓力的上下限，大多數學者認為在水流體存在時，變質作用的高溫限約為700～900℃，在無水的情況下，溫度可能還要高些。關於低溫限，各傢說法不一，大致為150～200℃。
變質作用的類型 變質作用的分類各傢不完全一樣，有的側重於地質特點，有的側重於物理化學條件，有的側重於礦物組合和變形作用所產生的結構構造特點。合理的分類應是一個綜合分類，既要考慮變質作用形成時的大地構造環境，又要以反映熱流變化的變質相和變質相系為基礎。
根據變質巖系產出的地質位置、規模和變質相系，同時考慮大多數人的稅慣分法，可把變質作用分為局部性的和區域性的兩大類別。局部性的包括下列類型。
接觸變質作用 一般是在侵入體與圍巖的接觸帶，由巖漿活動引起的一種變質作用。通常發生在侵入體周圍幾米至幾公裡的范圍內，常形成接觸變質暈圈。一般形成於地殼淺部的低壓、高溫條件下，壓力為107～3×108帕。近接觸帶溫度較高，從接觸帶向外溫度逐漸降低。接觸變質作用又可分為2個亞類：①熱接觸變質作用，指巖石主要受巖漿侵入時高溫熱流影響而產生的一種變質作用。定向應力和靜壓力的作用一般較小，具有化學活動性的流體隻起催化劑作用，圍巖受變質作用後主要發生重結晶和變質結晶，原有組分重新改組為新的礦物組合並產生角巖結構，而化學成分無顯著改變。②接觸交代變質作用，在侵入體與圍巖的接觸帶，圍巖除受到熱流的影響外，還受到具化學活動性的流體和揮發分的作用，發生不同程度的交代置換，原巖的化學成分、礦物成分、結構構造都發生明顯改變，形成各種夕卡巖和其他蝕變巖石，有時還伴生有一定規模的鐵、銅、鎢等礦產以及鉬、鈦、氟、氯、硼、磷、硫等元素的富集。
高熱變質作用 指與火山巖和次火山巖接觸的圍巖或捕虜體中發生的小規模高溫變質作用。其特點是溫度很高，壓力較低和作用時間較短。圍巖和捕虜體被烘烤退色、脫水，甚至局部熔化，出現少量玻璃質。有時生成默矽鎂鈣石、斜矽鈣石和矽鈣石等稀少礦物。
動力變質作用 指與斷裂構造有關的變質作用的總稱。它們以應力為主，有的伴有大小不等的熱流。可分為3個亞類：①碎裂變質作用，當巖層和巖石遭受斷層錯動時發生壓碎或磨碎的一種變質作用，也有人稱為動力變質作用（狹義的）、斷錯變質作用或機械變質作用。一般常發生於低溫條件下，重結晶作用不明顯，常呈帶狀分佈，往往與淺部的脆性斷裂有關。②韌性剪切帶變質作用，韌性剪切帶指由韌性剪切作用造成的強烈變形的線狀地帶，可以有很大的寬度和長度。它與脆性斷裂不同，剪切帶內的變形是連續的，不發育明顯的斷層面，但又有相對位移。剪切帶變形及相關的變質作用具有相同的邊界條件，都限於剪切帶內部。一般疊加在區域變質作用產物上的剪切變形往往伴有退化變質作用，其變質程度從低溫綠片巖相至高溫角閃巖相。與區域變質同期的韌性剪切帶變質作用較為復雜，在少數情況下，遞進剪切變形也可以伴有進化變質作用。導致剪切帶變質作用的主要原因有兩個，一是流體的註入，另一是由剪切應變引起的等溫面變形和熱松弛作用。③逆掩斷層變質作用，逆掩斷層導致的變質作用與剪切帶變質作用有明顯差異，主要影響其下盤和一部分上盤巖石，上盤即逆掩的巖石發生快速退化變質作用，而下盤被逆掩的巖石產生快速的增壓變質作用，隨後又發生熱調整使地熱梯度緩慢升高，整個巖系相應地發生緩慢的進化變質作用，最後巖系底部發生部分熔融並導致晚期侵入體的生成。
沖擊變質作用 指隕石沖擊月球或地球表面巖石產生特殊高溫和高壓所引起的一種瞬間變質作用。宇宙中的巨大隕石，以很大的速度（10～20公裡／秒）降落於地球表面，在很短的時間內（10-3～10-1秒），給地球巖石以特大的沖擊，使之發生強烈爆炸，產生超高壓（1011～1014帕）、極高溫（≥10000℃）和釋放出巨大能量，使沖擊中心形成巨大的隕石坑。在隕石坑中及其周圍，生成各種沖擊巖。
氣液變質作用 指具有一定化學活動性的氣體和熱液與固體巖石進行交代反應，使巖石的礦物和化學成分發生改變的變質作用。氣水熱液可以是侵入體帶來的揮發分，或者是受熱流影響而變熱的地下循環水以及兩者的混合物。在一定條件下，它們可改造巖石中的礦物，形成各種蝕變巖石，並使某些有用元素遷移、沉淀和富集。在氣液變質強烈地段往往出現蝕變分帶，有利於成礦，故可作為一種普查找礦標志。
燃燒變質作用 煤層或天然易燃物由於氧化或外部原因使溫度上升而引起燃燒，溫度可達1600℃，影響范圍可超過10平方公裡。可使周圍巖石產生重結晶或部分熔化，受變質的泥質或泥灰質沉積巖常裂成碎片或生成燒變巖。這是一種熱源來自巖石自身的稀少熱變質作用。中國新疆和山西大同的侏羅紀煤田，加拿大北部煙山的白堊系含油砂巖和頁巖，都發生過這類變質作用。
區域性的變質作用，一般規模巨大，主要呈面型分佈，出露面積從幾百到幾千甚至上萬平方公裡，它可分為下列4個主要類型。
區域中、高溫變質作用 主要見於太古宙地盾或克拉通，常發生在地殼演化的早期，它不同於元古宙以來活動帶的變質作用。以單相變質的麻粒巖相和角閃巖相為主，呈面型分佈，變質溫度，麻粒巖相一般為700～900℃，角閃巖相一般為550～700℃，壓力一般為（5～10）×108帕。重熔混合巖比較發育，英雲閃長巖、奧長花崗巖和花崗閃長巖等分佈廣泛。紫蘇花崗巖僅見於麻粒巖相區。構造上表現為穹窿和短軸背斜。中國的華北陸臺有廣泛出露。
區域動力熱流變質作用 即一般所稱的區域動熱變質作用，也有人稱為造山變質作用。這是在區域性溫度、壓力和應力增高的情況下，固體巖石受到改造的一種變質作用，它往往形成寬度不等的遞增變質帶。此種變質作用在地理上以及成因上常與大的造山帶有關，如歐洲蘇格蘭-挪威的加裡東造山帶，北美的阿巴拉契亞造山帶，中國的祁連山造山帶等。變質作用的形成溫度可達700℃，有的高達850℃，壓力為（2～10）×108帕，巖石變質後具明顯的葉理或片理。常伴有中酸性巖漿活動或區域性混合巖化作用。
埋藏變質作用 又稱埋深變質作用，也有人稱靜力變質作用、負荷變質作用或地熱變質作用。埋深變質作用與巖漿侵入作用和造山應力作用都無明顯關系，它是地槽沉積物及火山沉積物隨著埋藏深度的變化而引起的一種變質作用，巖石一般缺乏片理。形成溫度較低，最高可能為400～450℃，壓力較高。埋深變質作用一方面解釋瞭含有沸石類礦物的變質巖，另一方面解釋瞭含硬柱石、藍閃石的變質巖，這兩類變質巖是在相近的低溫條件下形成，但是它們在壓力上有較大差別。經常伴生榴輝巖（C型）、蛇紋巖或蛇綠巖。未見有混合巖，同構造期花崗巖很不發育。關於埋深變質作用的成因有造陸運動下沉說、洋槽沿俯沖帶下沉說和大斷裂造成的下沉說等。
洋底變質作用 指大洋中脊附近的變質作用，在大洋中脊下部的熱流具有較高的速率，並隨深度而快速增加，使原有的基性巖（玄武巖、輝長巖等）變質。以後由於洋底擴張，不斷產生側向移動，使這些變質巖移至正常的大洋盆中。變質的基性巖，一般不具片理，基本保留原有結構，其變質相主要是沸石相和綠片巖相。根據對大西洋、太平洋和印度洋底樣品研究，變質巖中的礦物共生組合，常隨深度而變化，其順序為黝簾石→葡萄石＋陽起石→綠片巖相，葡萄石-綠纖石相組合缺失，說明大洋中脊玄武巖變質時比許多大陸上蛇綠巖的地熱梯度高。區域變質作用按壓力類型分為低、中、高三個類型和兩個過渡類型，具有一定的溫度-壓力梯度，並與一定的地質環境有密切關系。80年代中，中國巖石學傢董申保等把中國的區域變質作用分為主要類型、基礎類型和輔助類型。主要類型有：①埋深變質作用，包括濁沸石相、葡萄石－綠纖石相型（淺到中等深度型）和藍閃石－硬柱石片巖相型（高壓相系型）兩個基礎類型；②區域低溫動力變質作用，包括低綠片巖相（千枚巖）型和綠片巖相（有時可出現藍閃綠片巖相）型兩個基礎類型；③區域動力熱流變質作用，包括中壓相系和低壓相系型兩個基礎類型；④區域中高溫變質作用，包括麻粒巖相型和角閃巖相型兩個基礎類型。輔助類型包括蓋層變質作用和斷陷變質作用。
變質作用與地殼演化的關系 變質作用的特點、分佈、發生和發展，均受當時當地的原巖建造、大地構造、環境和熱流強度等綜合控制，而這些又受地殼演化、特別是地殼和地幔相互作用的影響。變質作用類型的時空分佈常顯示旋回性和不可逆變化，它是地殼演化中地質旋回的一種表現，稱變質旋回，在中國、前蘇聯和歐洲地區都有相似的特點。
①太古旋回（早期變質旋回），主要以矽鋁殼的垂向加厚和側向增長為特征，熱流值偏高，分佈廣而基本均勻，與此相聯系的是大面積單向變質的區域中、高溫變質作用的出現。
②元古旋回，早元古期出現陸臺和地槽體系，前者穩定，後者成為活動帶。這一旋回的早期熱流值較高，晚期變弱，除少數地區主要發育區域動力熱流變質作用外，多數由兩種變質作用類型所組成，早期是區域動力熱流變質作用，晚期是區域低溫動力變質作用。元古旋回晚期在有些地區開始出現埋深變質作用的藍閃綠片巖相，它常與綠片巖相共生，其原巖形成環境屬於受深斷裂控制的深海槽，認為是由於地殼下部的地幔折斷、下沉而引起的大陸俯沖作用的結果。
③顯生旋回，高熱流值更加收斂，往往表現為大面積的綠片巖相帶，而角閃巖相帶僅局部出現。個別地區出現有雙變質帶，表現為高壓相系的藍閃石-硬柱石片巖相變質作用與低壓相系的區域動力熱流變質作用或區域低溫動力變質作用與區域動力熱流變質作用成對出現。
參考書目
董申保等：《中國變質作用及其與地殼演化的關系》，地質出版社，北京，1986。
H.G.F.Winkler，Petrogenesis of Metamorphic Rocks，4 and5th ed.，Spring-Verlag，New York，1976，1979.
F.J.Turner，Metamorphic Petrology，2nd ed.，Hemisphere，New York，1981.