一、泰山的啟示
泰山，五嶽之首。古跡名勝，久聞天下。每當列車途經泰安，旅客們總是憑窗遠眺，以傾慕崇敬的心情注視著一座座黝黑而雄偉的峰巒。中外旅遊者認為有機會登泰山、上南天門，一覽齊魯壯觀乃平生快事。
五台山，譽稱北嶽，為我國著名的佛教聖地之一，古剎名園，比比皆是；青峰翠巒，逶迤不絕。欲朝山進香的善男信女們固然希望到此頂禮膜拜以如願，就是一般遊客，又何嘗不思慕此間的高峰絕境而登臨尋幽呢！
說來也巧，從地質學角度看，這「兩岳」都是由變質岩系構成的山勢。早在上世紀末至本世紀初，就吸引了一些外國地質學家，他們懷著獵奇的心情，在遊山玩水中登跋泰山、五台山等地考察地質，他們在這些地質構造複雜、岩石性質多變的地層間發現了這「兩岳」原是中國最古老的地層所在地，或者說，是我國大陸的核心部分，屬於地球歷史早期的大古代和元古代的產物。從此以後，要研究變質岩的岩石學家、要研究地質發展史的地層學家、要研究變質岩系中特殊地質構造的構造地質學家們，都紛紛登上泰山和五台山，發掘研究課題，開闢研究領域，提出地質上的許多新發現或新見解，豐富了地質學的內容。一直到今天，這「兩岳」仍然是研究變質岩地質的理想之地，每年吸引不少自教授專家至青年學生們絡繹不絕地來「朝覲」。其中也就包括了懷著不同目的的地質旅行者在內，可見在變質岩地區的地質考察也是地質旅行的重要內容之一。
二、變質岩的基本概念
既然變質岩是指沉積岩、火成岩或已變質過的岩石經過變質作用而來的岩石，那麼，什麼叫「變質作用」呢？這是由於地球內部的高溫、高壓，在新的物理和化學條件下會使岩石中的礦物成分和結構、構造等方面改造和轉變。或者說，地球的內力使岩石改造並發生變化，稱為變質作用。這種變質作用的具體特點，主要是通過岩石中所含礦物的變化，比如重新結晶、物質成分的遷移或重新組合，結構和構造的變化等等而表現出來。因此，凡經過變質作用而形成的岩石，就稱為變質岩。至於另一種由於岩石暴露地表，發生風化作用，使岩石中的某些礦物發生變化（包括成分的改變），這類岩石不能稱為變質岩。
正因為變質岩的主要原巖來自沉積岩和火成岩兩大類，因此變質岩也就劃分為兩大類型，由沉積岩經變質作用而形成的變質岩稱為副變質岩；而由火成岩經變質作用而形成的變質岩稱為正變質岩。
怎樣認識變質岩？
首先要從岩石的礦物成分中認識有無變質礦物的存在，常見的變質礦物（若干則通過顯微鏡鑒定）有以下幾種：
１富鋁礦物：剛玉。
２富含鋁的硅酸鹽礦物：紅柱石、藍晶石、硅線石、葉蠟石、十字石、硬綠泥石、硬玉。
３鹼質或鈣質鋁硅酸鹽礦物：濁沸石、方柱石、鈉雲母、絹雲母。
４鈣鋁質硅酸鹽礦物：簾石類、符山石、葡萄石、硬柱石等。
５含鋁的鐵鎂質硅酸鹽和鐵鎂質鋁硅酸鹽礦物：鋁石榴石、綠泥石、藍閃石等。
６鐵鎂質硅酸鹽礦物：滑石、蛇紋石、硅鎂石等。
７鈣鎂質和鈣質硅酸鹽礦物：透閃石、陽起石、硅灰石等。
８碳質礦物：石墨。
必須說明，上述各種礦物主要是存在於變質岩中，但沉積岩與火成岩中也可能存在，只是存在於變質岩中的這些礦物，有如下特點：１數量顯著增加；２廣泛地發育成纖維狀、鱗片狀、長柱狀、針狀等，並有規律地作定向排列；３變質岩中所含的石英和長石有些具有較為發育的裂紋，而沉積岩或火成岩中的石英和長石無此種現象。
其次，要從變質岩的結構和構造去認識，也就是觀察變質岩組分的形狀、大小和其相互關係，以及它們在空間排列和分佈上所反映的岩石構成方式，著重於礦物個體在方向和分佈上的特徵。
變質岩的結構基本上有4種情況：
１破碎結構：當原巖在定向壓力作用下，持續到超過彈性極限時，使礦物發生彎曲、變形。如壓力再增加，超過其強度極限，則發生破裂。根據其破碎程度，從顆粒裂碎到粉末均有，不過太小的粉粒，肉眼是無法辨認了。
２變晶結構：在高溫、高壓之下，礦物發生重新結晶，其表現的特點是：晶體不完整或嚴重變形。
３殘餘結構：重結晶作用不完全時，可以保留部分原巖的結構。
４交代結構：原巖中的礦物被新礦物取代。
不過，在以上四種變質結構中，前兩種可以肉眼觀察；後兩種多在顯微鏡下觀察，不宜野外運用。
至於變質岩的構造，就其重要意義來說，是野外識別變質岩的關鍵手段之一，或者說，是認識變質岩的重要標誌，野外工作時，務必熟練掌握。其基本特徵與類型有以下幾種：
１變余構造：原巖雖經變質，但仍有一部分未受「變質」，保存原巖的構造特點。例如熔岩中的氣孔構造、流紋構造；沉積岩中的層理構造、波痕構造等。
２變質構造：岩石經過變質作用以後而生成的特殊構造。這是識別變質岩最重要、最常見的一種構造，有以下幾類：
A.斑點狀構造：受變質的岩石中，由於某些成分的局部聚集，產生2毫米左右大小的斑點。這些成分有碳質、硅質、鐵質或某些變質礦物（如紅柱石、堇青石等）。如果變質程度增高，則此類斑點經重結晶而變成斑晶，若其形體增大時，可在岩石中形成瘤狀構造。B.板狀構造：岩石在經受變質時，由於應力作用，出現一組平行的裂開面，使整塊岩石如木板覆疊。每個裂開面上，平整光滑，如板岩所見（圖6.1）。C.千枚狀構造：岩石內的礦物發生重結晶作用，一方面可見這些礦物具有定向排列，另一方面又使整塊岩石呈現出薄片狀構造，在片理面上，平整光滑並發出絲絹狀的光澤。有時，在千枚狀構造的岩石上可見小型的撓曲或褶皺現象。一般來說，千枚狀構造比板狀構造的變質程度要深一些，如千枚巖（圖6.2）。D.片狀構造：岩石內的礦物具有明顯的變質晶體，形成鱗片狀、柱狀，並作定向排列和分佈，沿片理面劈削成薄板狀特徵。其變質程度又較千枚巖深一步，如片巖（圖6.3）。E.片麻狀構造：岩石具有顯晶質的變晶結構，以粒狀變晶礦物為主，間以鱗片狀、柱狀的變晶礦物，作斷斷續續的定向排列和分佈，故在塊體的標本上可見片理特點，它往往是由侵入巖變質而來。最典型的就是片麻巖（圖6.4）。F.條帶狀構造：岩石由不同礦物，不同結構，或其他不同部分的成分形成條帶狀分佈，如暗色礦物形成的條帶狀大理巖（圖6.5）、條帶狀的磁鐵石英巖等。
在上述構造中，特別是板狀、千枚狀、片狀、片麻狀這幾種外貌特徵是變質岩中最多、野外也最容易識別的構造。總之，變質岩的構造是認識變質岩的最重要標誌。
三、最常見的幾種變質岩
各種變質岩的存在條件，幾乎跟它們的變質作用的類型有密切關係，換句話說，如果在野外工作時，能識別出變質作用的類型，那麼也就大體上能估計出其中有哪些具體的變質岩的種類了。
何謂變質作用的類型？主要是根據地質成因和變質作用的因素來考慮變質作用的格局，實際上，也包括了變質作用的規模。其類型大體上劃分為四種，都是野外常遇到的。
１接觸變質作用。這是由岩漿沿地殼的裂縫上升，停留在某個部位上，侵入到圍巖之中，因為高溫，發生熱力變質作用，使圍巖在化學成分基本不變的情況下，出現重結晶作用和化學交代作用。例如中性岩漿入侵到石灰岩地層中，使原來石灰岩中的碳酸鈣熔融，發生重結晶作用，晶體變粗，顏色變白（或因其他礦物成分出現斑條），而形成大理巖。從石灰岩變為大理巖，化學成分沒有變，而方解石的晶形發生變化，這就是接觸變質作用最普通的例子，又如頁岩變成角巖，也是接觸變質造成的。它的分佈範圍局部，附近一定有侵入體。
２動力變質作用。這是由於地殼構造運動所引起的、使局部地帶的岩石發生變質。特別是在斷層帶上經常可見此種變質作用。此類受變質的岩石主要是因為在強大的、定向的壓力之下而造成的，所以產生的變質岩石也就破碎不堪，以破碎的程度而言，就有破碎角礫岩、碎裂巖、糜稜巖等等。好在這些岩石的原巖容易識別，故在岩石命名時就按原巖名稱而定，如稱為花崗破裂巖、破碎斑岩等。
３區域變質作用。分佈面積很大，變質的因素多而且複雜，幾乎所有的變質因素——溫度、壓力、化學活動性的流體等都參加了。凡寒武紀以前的古老地層出露的大面積變質岩及寒武紀以後「造山帶」內所見到的變質岩分佈區，均可歸於區域變質作用類型。例如本章開頭提到的泰山及五台山所見的變質岩，均為區域變質作用所產生。就岩石而言，包括板岩、千枚巖、片巖、大理巖與片麻巖等。
４混合巖化作用。這是在區域變質的基礎上，地殼內部的熱流繼續升高，於是在某些局部地段，熔融漿發生滲透、交代或貫入於變質岩系之中，形成一種深度變質的混合巖，是為混合巖化作用。也就是說，在區域變質作用所產生的千枚巖、片巖等，由於熔融漿的滲透貫入而成混合巖。
此外，尚有不大常見的氣體化水熱變質作用，復變質作用。
其實，對於野外地質旅行者來說，最常見的變質作用還是接觸變質和區域變質兩大類，其次是混合巖化作用。因此，熟悉變質岩的名稱，也就圍繞這些變質作用有關的變質岩就足夠了，茲簡述如下。
板岩：具板狀構造的變質岩，由黏土巖類、黏土質粉砂岩和中酸性凝灰巖變質而來。屬於區域變質作用中的輕度變質的岩石。
千枚巖：具有千枚狀構造的變質岩，原巖類型與板岩相似，在其片理面上閃耀著強烈的絲絹光澤，並往往有變質斑晶出現。
片巖：片理構造十分發育，原巖已全部重新結晶，由片狀、柱狀、粒狀礦物組成，具鱗片、纖維、斑狀變晶結構，常見的礦物有雲母、綠泥石、滑石、角閃石、陽起石等。粒狀礦物以石英為主，長石次之。片巖是區域變質岩系中最多的一類變質岩。
片巖的種類頗多，其命名則根據所含的變質礦物和片狀礦物的顯著份量而定，例如雲母片巖、滑石片巖、角閃石片巖等等，另外，常用綠色片巖之名，系由中性和基性的火山岩、火山碎屑巖等變質而來。
片麻巖：具片麻狀或條帶狀構造的變質岩。原巖不一定全是岩漿巖類，有黏土巖、粉砂岩、砂岩和酸性、中性的岩漿巖。具粗粒的鱗片狀變晶結構。其礦物成分主要由長石、石英和黑雲母、角閃石組成；次要的礦物成分則視原巖的化學成分而定，如紅柱石、藍晶石、陽起石、堇青石等等。
片麻巖的進一步命名，根據礦物成分，如花崗片麻巖、黑雲母片麻巖。
片麻巖是區域變質作用中頗為常見的變質岩。
角閃巖：主要由斜長石和角閃石組成的變質岩。其原巖是基性火成岩和富鐵白雲質泥巖。具粒狀變晶結構，塊狀微顯片理構造。
麻粒巖：是一種顆粒較粗、變質程度較深的岩石，基本上由淺色的石英、斜長石、鐵鋁榴石、輝石等礦物組成，無雲母、角閃石。具粒狀變晶結構，塊狀或條帶狀構造。
石英巖：幾乎整個岩石均由石英組成，淺色、粒狀。一般作塊狀構造，粒狀變晶結構。它是由較純的砂岩或硅質岩類經區域變質作用，重新結晶而形成。
有時，有人將沉積岩中由較純淨的石英顆粒組成的岩石也稱石英巖，與變質岩類的石英巖混淆不清，雖然就化學成分或礦物成分來看，兩者很難分開，但變質岩類的結構要緻密些，稱石英巖；而沉積成因者，顆粒清晰，緻密程度稍差，故為了區別起見，稱之為石英砂岩。
大理巖：碳酸鹽岩石經重結晶作用變質而成，具粒狀變晶結構。塊狀或條帶狀構造，由於它的原岩石灰巖含有少量的鐵、鎂、鋁、硅等雜質，因而在不同條件下，形成不同特徵的變質礦物，出現蛇紋石、綠簾石、符山石、橄欖石等，於是在潔白的質地上，襯托出幽雅柔和的色彩，構成天然的圖案花紋，給人們想像出一幅又一幅詩情畫意的圖卷，文人墨客在它們的加工石面上取出許多逗人喜愛的景名——瀟湘夜雨、千峰夕照、平沙落雁等等。因而大理石就成為高級的建築石材，或成為高級傢具的裝飾性鑲嵌材料。而潔白的細粒狀的大理石，俗稱漢白玉，也是工藝雕刻或富麗堂皇的建築材料。
大理巖見於區域變質的巖系中，也有不少見於侵入體與石灰岩的接觸變質帶中。
角巖：這是一類由泥質岩（以黏土礦物為主的頁岩之類）在侵入體附近由接觸變質作用而產生的變質岩。顏色呈深暗或灰色，硬度比原巖顯著增加，故多有將角巖製成硯或其他工藝品，如在蘇州靈巖山、寒山寺等旅遊區出售的硯石，即利用產於靈巖山花崗岩體附近的角巖所制。
混合巖：由混合巖化作用形成的變質岩，其基本組成物質是由基體和脈體兩部分組成。所謂基體，是指混合巖形成過程中殘留的變質岩，如片麻巖、片巖等，具變晶結構、塊狀構造，顏色較深；所謂脈體，是指混合巖形成過程中新生的脈狀礦物（或脈巖），貫穿其中，通常由花崗質、細晶巖或石英脈等構成，顏色比較淺淡。
混合巖具明顯的條帶狀構造，並普遍可見交代現象，以此與區域變質作用形成的變質岩區別開來，但它是在區域變質的基礎上發展起來的。
混合巖由於混合巖化的程度不同，形成不同構造特點的混合巖，如網狀混合巖、條帶狀混合巖、眼球狀混合巖等等。
四、怎樣在變質岩區開展工作
在認識變質作用的基礎上，掌握了能夠鑒定變質岩名稱的方法以後，當我們在旅行路線上遇到變質岩時，就可以進一步做些變質岩的初步調查或研究工作了。現就不同的變質區如何開展工作問題，簡述如下：
（1）熱接觸變質岩區的工作。
熱接觸變質岩區也就是侵入體與圍巖相接的地帶。
在這裡，首先要穿越接觸帶的剖面，也就是決定一條從侵入體到未變質圍巖之間的路線，觀察侵入體的岩石名稱及其巖性；觀察圍巖受侵入體的接觸變質的影響——出現何類變質岩，其巖性特點，變質礦物，有否成礦的條件和可能，接觸帶上有無斷裂之類的構造控制？未變質岩石的名稱及其巖性，圍巖屬於哪個地質時代？侵入體屬於哪個地質時代？等等。
把這許多必須瞭解的內容，作沿途記錄，作剖面示意圖，採集有代表性的標本以及攝影或素描。
如果交通、人力、物力、時間條件允許的話，可作再詳細一些的觀察，諸如追索接觸帶在面上分佈的範圍，觀察蝕變暈圈的發育情況。
再進一步，還可根據變質礦物的組合關係，劃分出蝕變的相帶——即內帶、中帶、外帶。同時還可研究熱變質岩石與原巖性質的關係，甚至注意多期變質的疊加作用，不同變質帶上所賦存的礦產關係。
（2）區域變質區的工作。
由於區域變質作用而產生的變質岩分佈面積廣闊，岩石情況亦特別複雜，而且其間的褶皺、斷裂等構造又十分發育，因此，在這裡工作的難度也較大。
首先，當我們根據地層走向選擇剖麵線以後，在旅途行進中，要像研究沉積岩層那樣，注意各變質岩層的上下層序關係，即排除由於褶皺或斷層的干擾，恢復其原來的正常層位。當然，這項工作往往不是穿越一條剖面就能「一次性」成功的，而要多幾條剖面相互比較才能接近正確。
其次，在觀察剖面過程中，要恢復原巖的性質——是沉積岩還是火成岩。如果確定為沉積岩，再進一步判斷其原巖的名稱，並運用研究沉積岩的辦法，研究它們的沉積旋回、沉積建造的特徵。注意地層間的不整合、假整合等有助於劃分層序的接觸關係。努力搜尋其中淺變質岩系（例如板岩）裡的化石痕跡，一旦若有發現，並能確定其鑒定價值，便能牽動全局，整個變質岩系的時代及各套岩層的層序也許能迎刃而解。例如筆者等在本世紀60年代初期在江西南部「龍山群」（前泥盆紀的地層）變質岩系地區工作時，一個多月過去了，還沒有搞清楚它們的層序關係。後來，有位學生在一處淺變質的板岩中找到一些筆石碎片，帶隊的教師很受啟發，認為這是揭開此間變質岩系時代之謎的重要線索，於是專門組織隊伍，就在出現筆石碎片的上下層地段，分段包干，著力搜尋。通過「順籐摸瓜」的辦法，終於在這裡的幾個岩層中找到了保存相當完整而精美的筆石（圖6.7），經鑒定，屬於早奧陶世的種類，從而結合巖性、層位的接觸關係，大致確定了自寒武紀至奧陶紀的各個大的層位。後來，又接連在寒武系下部的板岩中發現了海綿骨針化石（圖6.8），從而又劃分出震旦系地層。這樣，幾十年來，一直把厚達幾千米甚至上萬米的前泥盆紀變質岩系「龍山群」地層，分解為震旦紀、寒武紀、奧陶紀三個系，進而在各系內再分出若干組。
在分層基礎上，結合巖性、巖相及沉積旋回的研究，初步摸清了早古生代時期此間原為「地槽區」。進而又證實了此間的花崗岩分屬於兩個不同時期形成的：一是志留紀晚期的「加裡東花崗岩」；一是中生代的「燕山花崗岩」，而且此間的大量金屬礦產與「燕山花崗岩」的入侵活動有關。
在研究區域變質岩系的時候，還可注意各類變質岩系的空間分佈規律及其相互關係，注意不同岩石和礦物組合的關係，總之，注意變質程度和變質作用問題，並聯繫找礦標誌和成礦規律。
（3）混合巖化區的工作。
首先要注意混合巖的基體和脈巖的特點，形態特徵，交代作用等。注意混合巖化的強度帶及其與區域構造（斷裂帶和褶皺帶）作用的關係，甚至可以瞭解混合巖化的期次問題。
一般而言，混合巖化區的觀察工作並非單獨進行的，它是在研究區域變質岩區內的附帶工作，因此，諸如礦產之類的問題，也都跟研究區域變質岩同樣地進行了。
五、變質岩中的礦產
變質岩中的礦產，主要見於接觸變質和區域變質兩大類型中。
就接觸變質而言，矽卡巖型的礦產最多，這是因為以碳酸鈣為主要成分的石灰岩跟侵入體（特別是中性岩漿侵入）接觸時，最容易發生化學交代作用，形成礦產。最常見的是銅、鉛、鋅等硫化礦床（如黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦）及剛玉等。硫化礦中多數還含有銀礦及其他稀有元素礦產。
作為矽卡巖型礦床的伴生副礦物，最常見的有石榴子石、透輝石、透閃石、綠簾石、陽起石、矽灰石等，亦可算是找尋此類礦產的標誌礦物。大理石也是此種變質礦產類型的特色。
至於區域變質岩系中的礦產，多存在於太古代及元古代的變質岩系之中，其中有規模巨大的鐵礦以及石墨、磷、硼等礦產，部分地區尚有剛玉、石棉、矽線石、大理石等。
這裡，特別提一下鐵礦。這是距今20多億年前變質岩系中的最引人注目的礦產，凡美國、加拿大、蘇聯（即前蘇聯）、澳大利亞、印度、南非以及我國鞍山地區等蘊藏的數以億噸計的鐵礦床均屬此類。據估計，此類鐵礦床佔全世界鐵礦總儲量的80％以上，可見其重要性了。
為什麼有這麼多的鐵礦埋藏在這些古老的（圖6.9）變質岩系地層中呢？原來，當時出現一種微生物——鐵細菌，成為造鐵的「功臣」，它是一種需要氧氣，但不要很多氧氣的菌類生物。據研究，距今32億∼34億年前的大氣中尚缺乏氧氣，僅由二氧化碳、甲烷、氫氣等組成，具有高度的還原性。到了距今32億∼27億年前形成的地層中，我們發現了藍綠藻，說明它們能夠攝取還原性大氣層裡的二氧化碳，通過葉綠素進行光合作用，放出遊離氧，使大氣層中逐漸增加了氧氣，於是產生了鐵細菌。它能把溶解於水中的氫氧化亞鐵氧化成不溶於水的三氧化二鐵，沉積於水中。其過程可用化學反應式表示之：
鐵細菌分泌出不溶性鐵質、硅質，在體外構成一層比自身大幾倍甚至幾十倍的「鐵質皮鞘」，後者脫落以後，就沉積成鐵礦。
水中的可溶性鐵質，來源於遠古時代火成岩的風化產物，在濕熱氣候條件下，這些可溶性鐵質往往呈膠體狀態，從陸地帶到淺海裡，生活在那裡的鐵細菌也就在海洋裡造鐵了。
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