在矿区流传着这样一句谚语，有时会出现在汽车保险杠贴纸上：“如果不能种植，就必须开采。” 然而，在开始采矿之前，地下必须有矿石。在本系列的上一期中，我们了解了什么才算矿石（任何可以经济开采的物质），并讨论了岩浆形成矿体的方式。所谓的岩浆作用仅占当今仍在运营的矿山的一小部分。从经济角度来看，更重要的是所谓的“热液”作用。
几百万年后，黄石公园将成为一个巨大的矿产资源大省。
图片：“ Gyser Yellowstone ” by amanderson2 , CC BY 2.0
听到“热液”这个词，你可能会想到热水；在地质学的语境中，这或许会让人联想到黄石公园及其周边地区：老忠实间歇泉和热气腾腾的温泉。这些温泉可能在某些过程中发挥着作用，但大多数时候，地质学家所说的“热液”温度远高于热液温度。
相图上是否存在一个点，我们不再称其为水？我们正逐渐进入超临界流体领域。这类流体的温度可达数百摄氏度，并且可能携带二氧化硅（SiO2）以及一种以不溶解而闻名的金属：金。或许正因如此，我们更喜欢称之为“流体”而不是“水”。它在表面上的行为肯定不会像水；在表面上，它应该是过热蒸汽。压力真是个奇妙的东西。
让我们回到上次讨论的地方，深入地下深处的岩浆房。岩浆不仅仅是熔化的岩石，它还含有少量溶解气体，例如二氧化碳和水。如果岩浆快速冷却，水就会被困在新岩石的基质中，甚至某些矿物的晶体结构中。但是，如果冷却缓慢呢？你可以在岩浆房中找到热液。
将其视为伟晶岩
这可以形成所谓的伟晶岩矿床。严格来说，“伟晶岩”是指具有特定纹理的岩石；当我们谈论矿石时，我们几乎总是指花岗伟晶岩：也就是具有这种纹理的花岗岩。这种纹理指的是大晶体：厘米大小或更大。伟晶岩矿床中的晶体之所以能长大，部分原因是缓慢冷却，但部分原因是从缓慢冷却的岩石中挤出的热液的作用。
当你用锤子在晶体旁边测量尺寸时，你就知道这是一块伟晶岩。这个例子来自南澳大利亚阿卡罗拉的镭溪。图片： Geomartin，CC-BY-SA 4.0
再说一次，我们讨论的是一种温度高达数百摄氏度的流体：一种超临界物质。它可以携带大量离子。这种富含离子的流体在岩浆房中循环，为每个晶体提供其充分生长所需的所有金属离子。它可能是拳头大小的石榴石，也可能是粉色扑克牌般的长石晶体。流体中的离子可能是早期熔体的残留物，也可能包括从周围岩石中冲刷出来的物质。
除了壮观的花岗岩台面和偶尔从这些矿床中产出的半宝石外，花岗岩伟晶岩还分为两种类型：富锂矿和富稀土元素矿。富锂伟晶岩通常被称为LCT矿床，字母分别代表锂、铯和钽，这些金属正是人们所关注的。在当今电子时代，这些金属——尤其是前两者——的重要性可谓不低。稀土元素更是如此。尤其是在北美，人们正在积极勘探这些价值日益高昂的矿床。
云母电容器。没有云母就无法制造这种东西，而花岗伟晶岩是一个很好的来源。
图片：Mataresephotos，CC-BY-3.0
人们也曾挖掘矿井，从伟晶岩矿床中提取硼、氟、锡和铀。Hackaday 读者尤其应该关注白云母矿物，这是一种粗粒云母，常见于伟晶岩等地。白云母具有优异的介电性能，易碎成薄片，因此在电容器和高压应用中非常有用。云母电容器的高热稳定性和耐压性使其即使在今天的利基应用中也具有不可估量的价值，尽管陶瓷已经取代了它们的大部分原始用途。
关于这些矿床，需要注意的一点是，它们并非仅限于地球。不要被“热液”中的“水”字所迷惑——这个过程发生在地下深处的岩浆房中，与地表水隔绝。其中的水来自地幔，而每个岩体的地幔都含有微量水。这甚至适用于地球的卫星——月球；虽然旧有资料声称那里不可能发生热液过程，但新的研究促使人们重新评估月球岩石的“湿润程度”，并重新开启了月球伟晶岩存在的可能性。鉴于此，我们没有理由不相信太阳系中所有岩体都会经历这一过程。寻找花岗岩，你或许能发现一块有趣的伟晶岩。
造山矿石
如果热液停留在岩浆房中，可以形成伟晶岩矿床，但如果它脱离岩浆房，就会发现完全不同的东西。温度较低的流体流经周围岩石的断层、裂隙和裂缝，其矿物含量会因熔体和母岩的不同而不同。这些热液脉状矿床有时被称为造山矿床，因为它们通常与造山运动有关，地质学家称之为造山运动。
白色石英脉沿着岩石热液曾经流过的裂隙延伸。“ 格陵兰岛南部纳鲁纳克金矿地下暴露的主脉（热液石英金脉） ”作者： James St. John ， CC BY 2.0
这并不意味着你需要在山脉附近寻找：上次提到的柯克兰湖金矿实际上是一个造山矿床，而柯克兰湖位于加拿大地盾中部附近，距离任何（现代）山脉都很远。那里可能曾经有过山脉，但到了恐龙时代，它们就被侵蚀殆尽了。你会发现，令人震惊的白色石英脉穿过加拿大地盾的花岗岩——这是热液能够将溶解的二氧化硅输送到岩石裂隙中的证据——其中点缀着金粒和金卵石。大多数黄金都起源于像这样的热液矿床，但讽刺的是，人类开采的大多数黄金实际上来自另一种类型的矿床，我们稍后会讨论。现在，我们先说一下地球上存在着次生作用，仅此而已。
自然银，产自一座 1887 年关闭的矿场。图片：“ 热液脉岩中的自然银（元古代；加拿大安大略省苏必利尔湖银岛矿）1 ”，作者： James St. John ， CC BY 2.0
这些热液脉中不仅有金矿，还有原生银矿和原生铜矿，它们沿着石英脉延伸。钴、钼，甚至锡和钨也可能被发现，尽管它们不一定是原生的。对于地质学家来说，“原生”一词与部落归属无关，而与元素组成有关。“原生”金属就是金属。原生铜是一块铜，没有与任何矿物发生化学结合。
你可能想象得到，原生金属是最抢手的矿石之一，因为它们通常几乎不需要精炼。正因如此，除非格陵兰岛或南极洲的冰川融化，让新的土地可供勘探，否则你不太可能看到新的原生铜矿。
流体的氧化还原条件在这里至关重要：正如你可能想象的那样，天然金属不会从氧化性流体中沉淀出来。虽然氧化还原反应在化学课上已经够难了；但把它们带入地球化学的世界，情况就变得极其复杂了。自然界是一个混乱的系统，变量太多，难以预测。
许多勘探者都懊恼地发现了这一点，因为并不是每一条石英脉都含有金属。另一方面，有足够多的石英脉含有金属，因此“寻找石英脉”曾是勘探者的常见建议。并非所有含金属的脉都完全由石英组成；许多脉含有相当多的碳酸盐矿物，如方解石。热液最初可能溶解有不同数量的金属，这取决于源岩浆；它也可能从流经的围岩中冲刷出更多或不同的矿物。在岩石成分、温度或 PH 值导致流体开始沉积有价值的矿物之前，脉体可能绵延数英里，里面只有石英。地质学就是这样一种赌博。
当然更复杂
上述描述有些误导，因为它让人觉得脉状矿床只能由来自岩浆的热液形成，但事实并非如此。地表水（地质学家们为了迷惑你，把他们误认为是太空岩石，所以称之为“大气水”）也可能通过破碎的岩石向下渗入，直到
陨石水与此无关。
图片： Navicore ，CC-BY-3.0
到达热区后，通过溶解矿物吸收元素。大气降水和“地壳”水（即岩浆中的水）可能以随时间变化的平衡状态存在。还值得注意的是，这些水可以形成对流回路，向下流到热区（或熔体）吸收新的矿物，然后向上循环，将它们沉积在温度更低的岩石中。由于这种循环流体的温度比直接来自熔体的流体（“仅”三四百摄氏度）要低，因此有时被称为“浅成低温”流体，由此产生的脉状矿床也可称为“浅成低温”矿床。这些温度与间歇泉地区的温度相差不大。虽然我现在不建议大家去老忠实间歇泉下面挖掘，但几百万年后，它可能成为一个有趣的地方。
浅成低温/造山/石英脉矿床不需要大气降水——地壳水就足够了——但我没有看到任何资料表明它们可能在月球上被发现。另一方面，火星似乎具备所有必要的条件，所以火星上很可能比火星丘陵更可能蕴藏黄金。据信来自灶神星的陨石也显示出石英细脉的证据，所以在谈论热液作用时，也不要忽略更大的行星。
除了花岗伟晶岩之外，还有其他高温热液矿床我们尚未深入探讨；此外，还有几种低温矿床类型可能仅在地球上存在。不过，本系列的这篇文章篇幅已够长，所以我们改天再讨论热液矿床这个主题。
原文： https://hackaday.com/2025/09/08/ore-formation-processes-part-two-hydrothermal-boogaloo/