2500-1000萬年前
分佈於九份－金瓜石地區的中新世沈積岩，主要是約2500至1000萬年前在海底堆積形成的。
這些岩層主要由砂岩、頁岩與少數煤層構成，厚度總計約為四千公尺。地層由老至新依次是：木山層、大寮層、石底層、南港層及南莊層。砂岩是本區最常見的沉積岩，主要由石英及少量的雲母與長石等礦物顆粒被碳酸鈣(石灰質)或氧化鐵(鐵質)膠結而成的岩石，用裸眼或普通10倍放大鏡就可以觀察到顆粒狀構造。頁岩是由很細的石英顆粒及黏土礦物所組成的，礦物顆粒非常細，所以無法以裸眼辨識。頁岩含有較多植物碎屑，對黃金具有較佳的吸附能力，因此頁
岩中可以發現較高的黃金成分。這裡的煤層曾受到火成岩和熱液的加熱作用，有些煤炭的品質從煙煤提升到無煙煤，有些甚至變成了焦炭。由於煤炭較容易風化，在地表不容易發現，所以只能偶爾在路邊發現它的蹤跡。
600萬年前
大約在600萬年前，台灣東南方菲律賓海板塊上的呂宋火山島弧和台灣島所屬的歐亞大陸邊緣開始衝撞，並且造成菲律賓海板塊隱沒到歐亞板塊之下，形成台灣宜蘭東北外海的琉球島弧，引發沖繩海槽張裂。由於弧-陸碰撞和板塊隱沒作用，也使得九份－金瓜石地區的中新世沈積岩層受到來自東南方的強大壓力作用。這些岩層經歷了上新世早期（約600萬年）以來的地殼運動，形成許多東北－西南走向的褶皺與逆衝斷層。
約100萬年前
由於沖繩海槽的張裂作用，形成一系列岩漿活動。大約在100萬年前的更新世時期，這個地區形成數個火成岩的侵入岩體及噴出岩體，包括基隆山、武丹山、本山等三個主要侵入岩體，及草山、雞母嶺兩個噴出岩體，另外尚有規模較小的新山、九份與武丹坑東南的潛伏安山岩。
根據重力研究顯示，此區可能尚有報時山、北勢坑、大粗坑、燦光寮、石筍和南武丹山等潛伏未出露火成岩體。
上述火成岩體主要為安山岩構成，新鮮時呈灰白色，通常含有許多黑雲母及角閃石斑晶，晶體可達半公分大，安山岩內亦常可發現高溫石英。
接著，發生南北向高角度斷層。在本山，斷層面向東傾斜﹔在九份，則是向西傾斜。
約在岩漿侵入、形成火成岩的同時或稍晚，熱水礦液沿著許多南北向斷層及附近許多平行小斷層和破碎帶上湧，發生「熱水礦化作用」，開始形成了此地區的金礦體。
後來又生成一些東西向的斷層，切過原先的南北向礦化帶。沿著這些東西向斷層，又產生了較後期的熱水礦化作用。
約在這個時期，在金瓜石的東邊發生了許多岩石的爆裂作用或「角礫岩化作用」。爆裂後的角礫岩筒具有許多破碎構造，形成熱水礦液的良好通道，進而在角礫岩筒以及附近產生熱水礦化作用。
現在
金瓜石地區的金礦形成之後，由於構造運動持續進行，使得這個地區持續地上升，深藏地底的礦體才能夠與圍岩整個被抬升到現在的海拔高度。
上部原來較厚的覆蓋岩層，也在這一百萬年之間，因侵蝕作用而被除移，使得部份金礦體露出地表，甚至有許多淺部礦體的黃金被雨水沖到河川之中。因此，九份－金瓜石附近的溪流，甚至遠達八堵的基隆河，都可以發現砂金的蹤跡呢！
小百科
形成金瓜石地區礦體的熱水礦液溫度主要在攝氏300至400度左右，但局部地區可達攝氏500至600度。九份地區的熱水礦液溫度較低，大約在攝氏200度左右。
熱水礦液最初生成礦體的深度，大約在當時地底約1,500至2,500公尺深。在一大氣壓力之下，水在攝氏100度便會沸騰﹔隨著環境壓力的加大，沸點會增高。同理，這些熱水礦液在地下深處受到上覆岩石強大壓力，故可保持液體的狀態而未汽化。
小百科
什麼是「熱水礦化作用」？
由於火成作用本身會帶來一些由岩漿逸出的熱液，而熾熱的火成岩體也會加熱地下水，熱液和熱地下水便混合成「熱水礦液」。熱水礦液在地底深處高溫高壓的環境下，溶有較多的金屬離子，它們會順著岩層內的斷層和其他破碎帶上升。
當熱水礦液流經岩石裂隙上升到較淺處時，其溫度及所受的壓力降低，金屬離子在熱液中的溶解度也跟著降低．於是過飽和的金屬離子便驟然沈澱在裂縫或周遭的岩石孔隙內，產生所謂的「熱水礦化作用」。如果礦物沈澱累積的量夠多而能符合開採價值，便成為礦體。
熱水礦液在上湧的過程中，除了會產生礦化作用之外，高溫強酸的熱水礦液也常和岩石發生物理或化學反應，使岩石的質地產生改變，在地質學上稱之為「換質作用」。金瓜石地區由熱水礦液引起的換質作用常見的有三種：「矽化作用」、「黏土化作用」、「綠泥石化作用」(或稱青盤岩化)。
金瓜石的岩石
矽化石英安山岩
所謂矽化作用就是指岩石原有的礦物成分被石英質的礦物所取代。受矽化作用後的岩石，除了原有的石英及鋯石等穩定性較高的礦物留下來之外，其餘的鐵鎂礦物，像是黑雲母、角閃石、輝石等，和大多數的斜長石、白雲母、方解石等礦物，均會被熱液溶蝕帶走，並在原有的孔隙中充填含二氧化矽的礦物。
矽化作用在石英安山岩、砂岩及頁岩中均可發現。矽化後的岩石由於主要成份是二氧化矽礦物，其硬度接近7，因此非常堅硬，用鐵鎚敲起來聲音很清脆。
矽化的岩石非常堅硬，在美國西部許多金礦區有很多矽化的岩石，早期印地安人還曾利用這種堅硬的矽化岩石打造箭頭，當成武器呢！因此，到矽化岩石區遊覽時，必須特別小心，以免被當地堅硬銳利的石頭給刮傷了。
青盤岩化石英安山岩
青盤岩化是指岩石受換質作用變成青綠色，金瓜石地區的青盤岩化作用，主要是因為原來的鐵鎂質礦物成分被綠泥石礦物所置換，所以又稱為綠泥石化作用。
新鮮的石英安山岩基質是灰白色的，而受過綠泥石化的石英安山岩因為部分礦物已被綠泥石取代，所以變成暗綠色。綠泥石化的石英安山岩也是非常堅硬。
鎏金歲月
很多人認為台灣是個礦產資源貧乏的小島，事實上，九份-金瓜石可能是全世界單位面積金礦產量最高的地區！據官方紀錄顯示，九份-金瓜石地區曾產出近一百公噸的黃金，台灣大學地質系林朝棨和譚立平教授甚至估計這裡的金礦產量可能高達六百公噸呢！若以現在黃金市價估算，這裡可能生產過價值約兩千億新台幣的黃金。
在黃金開採的極盛時期，九份熱鬧繁榮有「小上海」之稱，當時金瓜石-九份一帶的消費情況和物價，曾凌駕首都-台北之上呢！據早期的採礦者表示，當時全台灣最好的酒、最精緻的菜餚都集中在這個地區，其繁華景象可見一般。
民國四、五十年代之後，金瓜石-九份一帶的富礦大致開採殆盡，加上國際金銅價格逐年下降，當地的礦業公司紛紛轉盈為虧，早年的繁華景象只能從廢棄的礦坑口、斑駁的石階和順著山城的紅磚小徑中憑弔、追尋了。
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