Đá biến chất được tạo ra từ sự thay đổi của bất kỳ loại đá nào (bao gồm cả đá biến chất đã hình thành trước đó) đối với các điều kiện thay đổi của môi trường như nhiệt độ và áp suất so với các điều kiện nguyên thủy mà các loại đá đó được hình thành. Các điều kiện nhiệt độ và áp suất này luôn luôn cao hơn so với các chỉ số của chúng ở bề mặt Trái Đất, và phải đủ cao để có thể thay đổi các khoáng chất nguyên thủy thành các dạng khoáng chất khác hoặc thành các dạng khác của cùng một khoáng chất (ví dụ bằng sự tái kết tinh).

Mức độ biến chất của đá có thể được miêu tả qua một số tướng, mỗi tướng đặc trưng bởi một số loại đá có khoáng sản đi kèm trong một giới hạn nhiệt độ và áp suất nhất định.[13] Lý thuyết về tướng biến chất được nhà địa chất Phần Lan, Pentti Eskola đưa ra năm 1915, lý thuyết này là sự phát triển tiếp theo của công trình phiến biến chất được Viktor M. Goldschmidts đưa ra từ thập niên 1900.[13]

Trong trường hợp nhiệt độ là yếu tố chính thì biến chất xảy ra theo đường màu xanh lá cây (hình bên) tạo ra đá biến chất tướng amphibolit và granulit. Trong trường hợp va mảng mà yếu tố chi phối là áp lực thì tạo nên tướng đá phiến lam và eclogit.[14]

Môi trường biến chất

Biến chất khu vực xảy ra trong khu vực rộng lớn, chẳng hạn như các dãy núi. Khi các mảng kiến tạo hội tụ và các tầng trên của các lớp gấp lại và ép xuống làm những lớp đá hình thành trước bị lún sâu hơn, bên trên là những lớp trầm tích mới tích tụ dần gây nên áp lực và nhiệt độ gia tăng. Điều này dẫn đến cả hai quá trình tái kết tinh và thay đổi cấu trúc. Loại đá này có tính phân phiến (lớp mỏng) nên tính chất cơ học kém hơn đá mácma. Ví dụ Đá gơnai (do đá granit tái kết tinh), phiến sét (do sự biến chất của đất sét dươi áp lực cao).

Biến chất tiếp xúc xảy ra khi đá nằm bên cạnh một khối mácma bị ảnh hưởng bởi nhiệt từ mácma. Kích thước của mácma ảnh hưởng đến khoảng cách mà khối đá có trước bị biến chất. Trong một thể magma lớn, giống như một thể batolit lớn có thể đến vài km, thì lớp biến chất tiếp xúc có thể chỉ vài cm.[15] Biến chất tiếp xúc xảy ra ở tất cả các độ sâu trong lớp vỏ, nhưng là rõ ràng nhất khi nó xảy ra gần bề mặt, bởi vì áp lực thấp, và độ lệch nhiệt độ quá lớn. Vì biến chất tiếp xúc không liên quan đến bất kỳ áp lực nào tác động lên nên các tinh thể không định hướng theo bất kỳ hướng nào.[15] Ví dụ đá hoa (do tái kết tinh đá vôi và đá đôlômit dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành), thạch anh (biến chất từ cát)…

Biến chất nhiệt dịch xảy ra khi dòng nhiệt dịch nóng xen vào trong các khe nứt làm ảnh hưởng đến khối đá có trước. Điều này thường xảy ra trong các khe nứt của các hoạt động lửa, vì điều này góp phần ra nhiệt cần thiết.[16]

Biến chất va chạm xảy ra khi thiên thạch va chạm bề mặt đất, do động năng rất lớn của thiên thạch được chuyển thành nhiệt và áp suất trong đá bị va chạm.[17] Trong một số trường hợp, những tác động này tạo thành các coesit, một loại silica mật độ lớn, và thậm chí hình thành các hạt kim cương nhỏ. Sự hiện diện của các khoáng chất như trên cho thấy rằng ít nhất là thiên thạch đã tạo ra áp lực và nhiệt độ gây biến đổi phần trên cùng, nơi mà các khoáng vật thường được hình thành.[18]

Cấu tạo

Cấu tạo đặc trưng của đá biến chất là phân phiến, đó là sự sắp xếp có định hướng của các khoáng vật dưới tác động của áp suất chính trong quá trình hình thành đá biến chất, ví dụ như đá gneiss, đá phiến lam, đá phiến lục. Phương áp lực sẽ vuông góc với mặt phẳng chứa các phiến. Dựa vào đặc điểm này, người ta có thể tái hiện môi trường kiến tạo vào lúc mà đá đó được hình thành. Tuy nhiên, không phải đá biến chất nào cũng có cấu tạo phân phiến. Các đá không có cấu tạo phân phiến như quartzit, đá hoa, đá sừng.