1.变质体系中的氧同位素分馏
变质体系内的矿物和化学组分之间氧同位素一般都达到或接近同位素平衡。主要依据是:
1)许多变质岩中，共生矿物有正常的氧同位素富集顺序。
2)氧同位素测定的温度，随变质程度降低而降低，并同其他方法测定的结果一致。
3)矿物间的同位素富集系数随变质程度的增高而降低。
4)在不同类型的变质岩中，相同矿物的同位素组成变化很小。
图7－5 帕兰多夫斯克矿床细粒与粗粒黄铁矿的硫同位素组成
变质岩中共生矿物的同位素组成显示，变质温度越高，其共生矿物间的同位素平衡程度越高。在变质岩的研究中，一般重视其同位素平衡程度及分馏程度的研究，因为它们涉及变质温度和变质流体的计算及变质程度的评估。
例如:美国东北部和北爱达荷州等5个地区区域变质岩作用的同位素温度表明:同一变质带内，不同共生矿物对计算的同位素平衡温度是一致的;不同的变质带内，计算所得的同位素平衡温度随变质程度增强而升高。
2.变质温度
变质温度可以通过体系内的共生矿物对的氧同位素平衡分馏方程计算获得。但必须注意:①事先要对研究体系的氧同位素平衡分馏程度作出评估，体系内的共生矿物对的氧同位素分馏，必须达到或接近于同位素平衡;②选用合适的共生矿物，注意“退变质作用”的影响。
变质作用达到顶峰后的降温过程中，如果冷却速率较慢，共生矿物之间会产生新的同位素交换，这种“再平衡”即所谓的“退变质”温度往往偏低，不能代表变质顶峰期的温度条件。因此，变质岩中共生矿物对所反映的氧同位素平衡温度，取决于矿物的抗后期交换能力和变质的冷却速度以及体系其他条件的变化。对于造山带高级变质岩，如果初期冷却很快，其中难熔的矿物(像石英)能够在经历顶峰变质温度后，即“冻结”其中的氧同位素平衡，不再与周围的物质发生氧同位素交换。这些难熔矿物之间的氧同位素分馏温度往往接近顶峰变质时的温度(Zheng等，1998)。
唐俊等(2004)在胶东地块东部对分布于威海、文登和荣成等地的变质岩的氧同位素研究中，18个花岗片麻岩样品，多数样品的氧同位素都达到或接近同位素平衡。5个石英－石榴子石共生矿物对的氧同位素平衡温度在530～775℃之间，与它们所遭受到的榴辉岩相变质温度基本吻合;石英－角闪石、石英－磁铁矿和石英－榍石等共生矿物对的氧同位素平衡温度多数在400～600℃之间，与它们所遭受到的角闪岩相变质温度基本吻合;石英－钾长石、石英－斜长石、石英－黑云母等共生矿物对，少数样品的氧同位素温度在400～600℃之间，但多数在300～400℃之间，也有低于300℃的，甚至出现氧同位素倒转现象，显示出后期流体在亚固相条件下发生了不同程度的氧同位素交换。同一区域内14个榴辉岩样品:片麻岩中榴辉岩(G类)样品8个，大理岩中榴辉岩(M类)样品3个，橄榄岩中榴辉岩(P类)样品3个。虽然三类榴辉岩的氧同位素组成存在明显的差异，但多数样品的单矿物也保存了不同变质条件下的氧同位素平衡状态。7个石英－石榴子石共生矿物对的氧同位素温度在540～800℃之间，其中5个样品的氧同位素温度在615～800℃之间，与它们所遭受到的榴辉岩相变质温度基本吻合。6个石英－绿辉石矿物对中只有2个样品在555～595℃，其余的均在395～525℃，相对较低，可能是受后期角闪岩相退变作用影响所致。石英－斜长石、石英－角闪石、石英－磁铁矿和石英－金红石等矿物对的氧同位素温度多数在400～600℃之间，与它们所遭受的角闪岩相变质温度基本吻合，表明斜长石、角闪石、磁铁矿和金红石等矿物在后期角闪岩相退变质作用过程中达到和保持了氧同位素平衡。斜长角闪岩:斜长角闪岩样品中石英的δ18O值为9.66‰，斜长石为6.10‰，角闪石为5.58‰，石榴子石为5.05‰，全岩估计值为5.60‰，位于正常地幔值范围内。石英－石榴子石矿物对氧同位素温度为540℃，石英－角闪石对温度为480℃，石英－斜长石对温度为345℃，表明这些矿物在角闪岩相变质作用过程中基本达到和保持了氧同位素平衡。在胶东地块西部变质岩的研究中，也有过类似的报道。
李一良等(2001)报道过大别造山带西南部湖北红安榴辉岩和罗田麻粒岩氧同位素组成，红安榴辉岩全岩的δ18O值为6.4‰～7.3‰，罗田黄土岭麻粒岩全岩的δ18O值为7.6‰～7.8‰，罗田惠兰山麻粒岩全岩的δ18O值为3.9，这些榴辉岩和麻粒岩全岩的氧同位素组成保持了峰期变质条件下的平衡分馏特征，红安榴辉岩的氧同位素平衡温度为425～620℃，罗田麻粒岩氧同位素平衡温度为740～945℃，根据快速颗粒边界扩散模型计算的矿物对氧同位素温度与其他测温结果相吻合。这些岩石与东大别榴辉岩一样在形成后经历了快速冷却过程，退变质作用过程中没有外来流体加入。
3.变质流体
变质流体系指在300～600℃的变质温度条件下，与变质岩发生同位素交换的水。变质水的来源十分复杂，可以源于大气降水、海水、同生水或卤水，也可以经岩浆水演化而成。变质水的同位素组成主要受变质原岩、原始流体的同位素组成，温度，变质岩的化学成分和矿物组成及变质过程中物理化学条件所制约。变质程度愈高，变质水愈相对富重同位素。典型区域变质水的同位素组成较稳定:δD值变化较小为－20‰～－65‰;δ18O变化较大，为5‰～2.5‰。
变质水同位素组成的主要特点是:
1)由于同位素分馏系数与温度有关，因为矿物比流体(H2O)贫D富18O，所以低温变质水通常δD值高，δ18O值低，而较高温度的变质水具有较低的δD值，较高的δ18O值。
2)受变质源岩的同位素组成的影响大。变质源岩对变质水的δD值的影响不明显，但对δ18O影响大。例如变质沉积岩中，变质水的δ18O要高于变质火成岩，而在富18O的大理岩中，变质水的δ18O值更高。
3)变质水的δ值还受来源水的同位素组成影响，通常来源于降水的变质水的δ18O值，要比来源于岩浆水的变质水δ18O值低些。
变质水的确定可以直接测定不含氢、氧成分的变质矿物(如硫化物矿物)中的原生液态包体水的同位素组成或由同位素平衡分馏方程计算获得。