歷史地質學/變質岩
變質岩是指那些先前存在的岩石（母巖）由於熱量和/或壓力而發生化學或結構改變的岩石。在這篇文章中，我們將研究變質過程及其對最終岩石的影響。
變質主要有兩種型別：接觸變質和區域變質。
在接觸變質中，岩漿侵入岩石時產生的熱量會導致周圍岩石發生變質，在由岩漿形成的火成岩周圍留下一個暈圈，形成變質岩。
區域變質是由涉及熱量和壓力的構造事件引起的，它會影響大面積的岩石。
除了這些廣泛的分類之外，我們還可以根據變質的等級對變質岩進行分類；它們所暴露的溫度。正如我們將看到的，這決定了變質岩所經歷的化學變化。變質等級從很低（低於 300°C）到低（300°C - 500°C）到中等（500°C - 600°C）到高（600°C 及以上）。
變質通常會導致構成受影響岩石的礦物的化學變化。例如，在低溫下，粘土礦物會轉化為綠泥石；在更高的溫度下，綠泥石本身也會轉化為其他礦物。因此，如果我們發現一塊岩石中含有綠泥石，我們就知道它已經經歷了低階變質。像這樣的礦物揭示了變質等級，被稱為指標礦物。
地質學家可以將指標礦物與變質等級相關聯，因為在實驗室中重複變質過程很簡單；也就是說，他們可以取一塊非變質岩，使其經受各種溫度和壓力的變化，然後觀察在哪些溫度下會形成哪些特徵礦物。因此，例如，在頁岩中，我們看到一個序列（隨著溫度升高）從未改變的頁岩到含有綠泥石的岩石；然後是黑雲母；然後是石榴石；然後是十字石；然後是藍晶石；最後是矽線石。右邊的圖片顯示了一些嵌入變質岩中的特別大的石榴石。
我們看到相同的序列在空間上排列，當我們接近變質區域的中心時：從未改變的頁岩到“綠泥石帶”，“黑雲母帶”，“石榴石帶”，“十字石帶”，“藍晶石帶”和“矽線石帶”。我們可能不會一直到矽線石，這取決於變質中心變質的強度。
當然，這個序列取決於母巖；上面給出的序列是專門針對頁岩的，如果我們觀察（例如）基性 火成岩，我們會看到一個不同的序列。
在上面關於化學變化的部分，我們處理了母巖由於熱量或壓力作用於岩石而自身反應的情況。但在接觸變質的情況下，我們還可以看到交代作用發生：母巖與侵入 火成岩及其噴發相關的熱流體混合和/或反應。
右邊的圖片顯示了一個特別吸引人的矽卡巖例子，它是交代作用的典型產物。
除了化學變化之外，經歷變質的岩石還會發生結構變化，例如重結晶、片理和線理。
在重結晶中，岩石的原始結構會隨著礦物在高溫的影響下重新形成大小相似的互鎖晶體而消失。這種現象在沉積岩中最為明顯。
因此，例如，石英砂岩會失去其水泥化顆粒的沉積結構，變成石英岩，具有由互鎖晶體組成的光滑結構。因此，除了在非常低階的變質等級之外，岩石的任何層理都會被破壞，岩石中包含的任何化石也會被破壞。類似的結構變化會使石灰岩變成大理石，泥岩變成角巖。
當岩石在熱量和壓力的作用下發生變質時，它們會發生片理，其中層狀矽酸鹽（如果存在於岩石中）會重新排列，使層狀結構與壓力方向垂直。右邊的圖片顯示了在顯微鏡下觀察到的片理。
線理是一種類似的現象，它影響鏈狀或雙鏈結構的矽酸鹽；鏈的方向最終也與壓力方向垂直。
並非所有的變質岩都會顯示出片理或線理：有些岩石根本不含任何層狀或鏈狀矽酸鹽：例如石灰岩，它會變質成大理石。此外，一些變質岩是由熱量形成的，沒有明顯的壓力，就像接觸變質通常發生的那樣；因此，例如，泥岩在壓力下會形成片狀的板岩或片岩，在沒有壓力的情況下會產生非片狀的角巖。
片理有幾種型別
板狀片理是由粘土礦物和綠泥石（由粘土礦物的化學變化產生）等層狀矽酸鹽的排列造成的。它會導致岩石容易裂解成薄層。
片理是由黑雲母和白雲母等層狀矽酸鹽造成的。它們不僅排列起來，而且傾向於與石英等非層狀矽酸鹽分離，形成一種岩石，這種岩石很容易斷裂成比板狀岩石更厚的薄片。
最後，我們來談談片麻岩。在高階變質階段，層狀矽酸鹽傾向於分解，並且會出現深色的鏈狀矽酸鹽，例如角閃石和輝石。這些礦物再次與壓力方向垂直分離成深色條帶，使片麻岩呈現出獨特的條紋狀外觀，如照片所示。
我們如何識別岩石為變質岩？
首先，正如我們所觀察到的，我們可以在實驗室中再現變質過程。例如，大理石是我們加熱石灰岩得到的；石英岩是我們加熱石英砂岩得到的；片岩是我們加熱泥岩並在壓力下得到的。堅持認為變質岩應該由其他尚未發現的過程形成，這似乎是十分荒謬的。（請注意，變質岩的結構排除了它們是沉積岩的可能性，而它們的化學成分通常排除了它們是火成岩的可能性。）
我們還可以觀察岩石中的模式。我將舉一些關於我們可以從變質理論中做出哪些預測的例子；讀者無疑會想到其他例子。
舉一個簡單的例子：當我們觀察一塊大理石暈圈時，我們應該期望它被嵌在一個外層石灰岩環中，而不是（例如）砂岩環中，砂岩會與石英岩暈圈一起出現。
再說一次，根據我們的認識，變質岩確實是透過變質形成的，我們不應該（而且我們確實沒有）在水平觀察岩石序列時，發現未變質岩石和高階變質岩交替出現。相反，正如我們上面所指出的，我們發現同心圓區域的岩石，中心為高階變質岩，逐漸過渡到較低等級的變質岩，直到我們到達未變質的岩石。
如果我們發現像片岩這樣的片狀岩石，那麼根據我們對片岩是由溫度和壓力產生的解釋，我們應該發現壓力存在其他證據；我們應該期望發現岩石的層狀結構發生彎曲和變形。這正是我們所看到的。
另一方面，如果我們發現角巖，實驗室實驗表明，角巖需要溫度而沒有明顯的壓力（否則它將是片狀的），那麼我們期望發現（而且確實如此）它形成火成岩周圍的暈圈，在火成岩周圍以同心圓區域出現逐漸降低的變質等級。
還可以辨別出其他模式：例如，我們不應該期望發現片岩覆蓋在石灰岩之上，因為形成片岩的事件也會使石灰岩變成大理石。
總之，我們所分類的變質岩的化學成分和結構，以及它們在地質記錄中的排列和與其他岩石的關係，正是我們期望看到的，如果它們確實是透過變質形成的。