一、大地构造单元
矿床位于华北陆台北缘隆起带和燕辽中元古裂谷带交接部位的裂谷带一侧，六沟-平泉-杨树岭断裂通过矿区北侧，成为承德隆起和平泉-兴隆复向斜的分界线，矿床赋存在复向斜的北东段。
二、矿区地质
（一）地层
矿区出露地层较单一，六沟-平泉-杨树岭断裂以北为太古宇迁西群跑马场岩组，南面为元古宇蓟县系雾迷山组和少量早白垩世的火山岩及第四系的松散堆积物（图2-86）。跑马场组，为角闪斜长片麻岩及斜长角闪岩、变粒岩。雾迷山组出露的主要是其上部白云质灰岩与灰质白云岩，与迁西岩群呈断层接触。白云质灰岩受侵入岩体的影响而大理岩化和蛇纹石化，矿体就赋存在蚀变大理岩和白云岩中。上侏罗统主要为火山角砾岩、角砾凝灰岩、流纹岩等，在矿区内分布零星。
图2-86 小寺沟铜钼矿床地质图 Fig.2-86 Geological map of Xiaosigou copper-molybdenum deposit
1—第四系；2—上侏罗统火山岩；3—蓟县系雾迷山组白云岩；4—迁西群变质岩；5—大理岩；6—蛇纹石化大理石；7—破碎状岩；8—花岗闪长斑岩（I相，I相，I相）；9—绢英岩化岩；10—辉长闪长岩；11—闪长玢岩；12—二长斑岩；13—花岗斑岩；14—推测、实测地质界线；15—岩相界线；16—正、逆断层；17—产状
（二）构造
矿区断裂发育，褶皱不明显。断裂主要分为EW向、NW向及NE向三组。EW向断层（F1）横贯矿区北部，为区域性深断裂之一段，为逆冲断层，使北侧的太古宇变质岩系逆冲在中元古界雾迷山组白云岩之上。F1断层是区内时代老、规模最大，并在中生代复活的断层。在区域上控制着中晚元古界、古生界的分布，也控制了小寺沟岩体的西北边界。NEE向断裂（F2）主要为平移正断层，切断EW向断层。NW向是区内最发育的一组断裂，它控制着小寺沟岩体的边界、蚀变带、矿体分布、岩脉及火山岩的分布。主要分为岩体东北边界断层和西南边界断层。东北边界断层北段控制了小寺沟岩体的东北边界，西南边界断层沿断层常有角砾岩、花岗斑岩或流纹斑岩岩脉充填。
（三）侵入岩
矿区岩浆岩发育。多以斑岩、脉岩形式出现，其次为火山熔岩及火山碎屑岩。可分为三个阶段：早期为辉长闪长岩，中期为小寺沟花岗闪长斑岩，晚期为酸性火山熔岩、火山碎屑岩。区内岩浆成分主要为中酸性，从早到晚有从中性→中酸性→酸性的演化趋势。岩石化学成分中SiO2、K2O也有从早到晚增高的趋势。岩体的矿化较普遍。小寺沟花岗闪长斑岩是矿区的主要含矿岩体，以富含铜、钼为特征。岩体主要分布在铜硐子沟、上杖子、下杖子一带。岩体的K-Ar年龄为129Ma。岩体沿北西向断裂侵入于蓟县系雾迷山组，呈长轴为北西的不规则的椭圆状向南西倾斜的小岩株，局部超覆于白云岩之上，出露面积约7km2，围绕岩体边缘有较多的捕虏体，大者数米或数十米，小者几十厘米，成分为白云岩或白云质灰岩，已重结晶，沿岩体接触带排列，长轴方向与岩体长轴一致。
小寺沟岩体由中心向边缘可划分出三个岩相带，各相带间为渐变过渡关系。矿区内以Ⅱ相带出露范围最广且与铜、钼矿化关系最密切。各相带主要造岩矿物成分和斑晶皆为斜长石，其牌号由中心向外逐渐增高，但都属酸性斜长石。石英由内向外逐渐减少，角闪石则与其相反。SiO2平均含量为66.35%,K2O平均为3.55%,Na2O平均为4.15%，且Na2O＞K2O；属中酸性，为钙碱性系列。由二长温度计，石英-磁铁矿氧同位素分馏方程计算，小寺沟岩体的形成温度是630～670℃，由黑云母成分计算得到岩体结晶时的水逸度fH2O=（1300～1955）×105Pa。
根据小寺沟岩体中w（Na2O）＞w（K2O）,w（Al2O3）/w（Na2O+K2O+CaO）＜1.1，矿物组合是中酸性斜长石＋富镁黑云母＋角闪石＋榍石＋磁铁矿；磁铁矿含量为0.5%～1.2%，未出现富铅矿物与钛铁矿；微量元素V-Cr-Co-Ni组合，且含量高；黑云母处在Ni-NiO缓冲线之上；全岩氧同位素δ18O=7‰～8.2‰等特征，可知小寺沟岩体是由下地壳的同熔型花岗岩浆所形成。
矿区内火山岩集中分布在小寺沟岩体南东边缘的龙潭沟、西沟、下杖子一带，以火山碎屑岩为主，夹少量熔岩。K-Ar法测得流纹岩的全岩年龄为112Ma。区内脉岩分布广泛，是岩浆晚期阶段的最后产物，以中酸性为主。花岗斑岩分布于岩体内，呈密集脉状产出，走向为北西，其次穿插在火山角砾岩及白云岩中。闪长玢岩脉分布在岩体边缘及围岩内，多呈北东向及近东西向。二长斑岩则在岩体、围岩及火山岩内部有分布。脉岩不含矿，为成矿后产物。
三、铜矿床地质
（一）矿体规模、形态及空间分布
小寺沟矿床是以铜钼为主伴有铅锌矿、铁矿，及伴生Au、Ag、S、Re、Se等元素的有色金属矿床。
铜矿体：铜矿化主要分布于小寺沟岩体外接触带上的变镁夕卡岩的蛇纹石蚀变岩和蛇纹石化白云岩中，其次是钙夕卡岩的石榴子石夕卡岩中。前者矿化强、范围大，构成主要铜矿体；后者分布局限，铜多以伴生元素形式存在。铜矿体主要分布于下杖子至铜硐子沟一带。矿体一般长300～500m，最大达1000m，平均厚40m，延深250～350m，最大达570m。矿体形态呈似层状、狭长带状，与接触带产状一致。总体走向为NW315°，倾向SW，倾角60°～80°。在接触带内侧由捕虏体构成的铜矿体，规模大小不等，一般长200～300m，厚1～10m，最厚40m，形态为透镜状、脉状、扁豆状，总体走向NW，倾角30°～60°（图2-87）。
钼矿体：钼矿化主要分布于岩体内蚀变带黄铁绢英岩中，次为钙夕卡岩的石榴石夕卡岩中。钼矿化强、范围广。有的钼矿化发生在内接触带边缘与铜矿体相接，形成钼铜矿。钼矿体分布于上杖子至南沟脑地段，矿体长300～500m，厚50～100m，延长300～500m，呈厚大的透镜体，两端急剧收缩变薄并有分支。
另有小钼矿体，形态、规模变化较大，多呈脉状、扁豆状产出。
铅锌矿体：铅锌矿化或铅矿化主要分布在距小寺沟岩体较远的弱蚀变（青磐岩化）的结晶白云岩中，明显受岩石裂隙控制，形成脉状矿体。品位高，但规模很小。
铁矿体：主要分布在变镁夕卡岩中，规模小，矿体不连续，局部矿化地段受后期铜矿化叠加，形成含磁铁矿的铜矿体。
以上矿化和矿体的分布都受岩体接触带和蚀变带的控制，围绕小寺沟岩体形成环带状矿化晕。自岩体内接触带向外，依次是钼矿化→钼铜矿化→铁铜矿化→铜矿化→铅锌矿化→铅矿化。
（二）矿石物质组分
铜矿石类型有3种，即铜矿石、铁铜矿石和钼铜矿石。
铜矿石主要由黄铁矿、黄铜矿组成，并有磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、磁铁矿等伴生矿物。脉石矿物有蛇纹石、白云石、方解石、透辉石、金云母、硅镁石。这一类型矿石占铜金属储量90%以上。
铁铜矿石主要由黄铁矿、黄铜矿组成。脉石矿物有透辉石、硅镁石、白云石等。
钼铜矿石主要由辉钼及黄铜矿组成，含钼在0.01%～0.08%。这类矿石除含钼外其他特征皆同铜矿石。
（三）矿石结构构造
矿石结构：主要为他形粒状、交代结构，偶见熔离结构及压碎结构。
矿石构造：有浸染状、脉状和块状构造。铜矿石常呈细脉浸染状构造。
（四）围岩蚀变
矿区的围岩蚀变发育，主要有钾化（钾长石化、黑云母化）、黄铁绢英岩化、粘土岩化及夕卡岩化（含蛇纹石化）。蚀变岩在空间上呈有规律的带状排列。由岩体向外依次为花岗闪长斑岩-钾长石、黑云母蚀变带-黄铁矿、石英、绢云母蚀变带-（粘土岩化带）-钙夕卡岩带-镁夕卡岩、变镁夕卡岩带-蛇纹石化白云岩带-白云岩。其中主要含矿蚀变岩石是含钼黄铁绢英岩、石榴子石钙夕卡岩、含铜变镁夕卡岩和蛇纹石化白云岩。
矿床蚀变岩的形成具多期、多阶段特征。根据蚀变岩的矿物组合、岩石结构构造特征及蚀变矿物包裹体测温等资料，成矿阶段划分为：早期碱性阶段，形成钾化蚀变岩和夕卡岩，形成温度在400℃以上；酸性淋滤阶段，形成碳酸盐-硫化物组合的细脉，温度为350～280℃。
图2-87 小寺沟铜钼矿床9勘探线地质剖面 Fig.2-87 Geological profile of exploratory line 9 in Xiaosigou copper-molybdenum deposit
1—蛇纹石化大理岩；2—花岗闪长斑岩；3—花岗斑岩；4—铜矿体
四、成矿条件
（一）硫同位素
金属硫化物的硫同位素数据δ34S值变化范围为1.8‰～3.3‰。硫同位素特征与小寺沟岩体矿化的宏观特征都表明成矿物质来自下地壳。
（二）流体包裹体
小寺沟岩体蚀变带的石英、方解石中含有大量的流体包裹体，这些包裹体中气相含量较高，约占45%左右，与液相、固相共存。据对包裹体中子矿物的出现及其含量的统计，高盐度包裹体的出现地段与铜矿化地段相一致。包裹体中盐类矿物主要是NaCl和KCl。经测算，含矿溶液的总盐度为45.4%。对大量包裹体用均一法测温结果，其温度集中在320～360℃，它反映出这一温度范围内热液活动最强烈，也是辉钼矿的形成温度范围；黄铜矿-黄铁矿-石英脉的均一温度为280～320℃，它代表了铜的主要成矿温度。在此种盐度、温度条件下的水压为（300～500）×105Pa。
（三）成矿阶段
成矿作用经历了接触交代作用，硫化物和蛇纹石-碳酸盐形成过程，可具体划分以下几个阶段：
镁夕卡岩形成阶段：主要形成透辉石、拉长石、透闪石、橄榄石和尖晶石；
钙夕卡岩形成阶段：以形成石榴子石、符山石为主，部分透辉石的形成延续到本阶段；
含水夕卡岩形成阶段：金云母和蛇纹石形成占了主体地位，其次是绿帘石、黄铁矿、磁铁矿和部分碳酸盐的形成；
石英-硫化物形成阶段：石英、辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿和绢云母的形成占主要位置，部分碳酸盐矿物也在此阶段形成；
蛇纹岩-石英-碳酸盐形成阶段：主要形成黄铁矿和碳酸盐矿物，其次是绿泥石。
从整体看，本区岩石蚀变的酸度演化可从早期碱性阶段（夕卡岩阶段）→中酸性阶段（晚期水化夕卡岩阶段）→晚期碱性阶段（蛇纹石-碳酸盐阶段）。而铜钼矿形成于酸性的晚期阶段，即向碱性转变的过程中，进而说明铜钼矿化与酸度变化关系密切。晚期水化阶段是成矿作用强度发育的先决条件。
总之，小寺沟花岗闪长斑岩体的良好分异使得流体碱质、二氧化硅、矿质也相应得到较好分异。在岩浆结晶过程中伴随着饱和水的沸腾作用，使挥发组分、成矿物质聚集。同时钾质交代使分散在造岩矿物中的矿质迁出，当围岩经过强烈的酸性淋滤后，进入接触交代作用阶段，岩浆混入天水，使溶液酸度变化，随着岩石孔隙度增加，导致成矿元素聚集沉淀，形成了铜、钼矿床。小寺沟矿床的成因可归结为斑岩型铜矿床和接触交代型铜矿床。
五、找矿标志
岩浆岩条件：小寺沟含钼花岗闪长斑岩体属复式岩体，分黑云母花岗斑岩、花岗闪长斑岩、钾长石英闪长斑岩三个相带，矿化赋存在花岗闪长斑岩相中，是找矿的首要标志；
围岩条件：蓟县系雾迷山组白云岩空间上属矿化体的直接围岩。成矿作用过程中，是形成夕卡岩的基础，它与成矿作用直接有关。花岗闪长斑岩和雾迷山组白云岩接触带的夕卡岩，是找矿的直观标志；
构造条件：北西向的断裂构造除起到控岩作用外，尚有控矿和控制蚀变范围的作用。断裂与岩体、蚀变三者的结合，是矿体空间定位的条件，对找矿有指示意义。
化探异常：1∶20万化探扫面图上出现Cu、Mo、Au、Ag、Ni、Co的综合异常，指示了找矿的远景地段。
以上标志是区内寻找同类矿床的有效标志。