該礦床位於華北陸架北緣隆起帶與廖燕中元古代裂谷帶結合部的裂谷帶壹側。柳溝-平泉-楊淑玲斷裂從礦區北側穿過，成為承德隆起與和平泉-興隆向斜的分界線。礦床位於向斜的東北段。
二、礦區地質
(1)地層
礦區出露地層較為簡單。柳溝-平泉-楊淑玲斷裂以北為太古界遷西群跑馬場組，以南為元古峪薊縣系霧迷山組，有少量早白堊世火山巖和第四系松散堆積物(圖2-86)。跑馬場組為角閃巖斜長片麻巖、角閃巖和麻粒巖。霧迷山組主要出露於其上部的白雲質灰巖和鈣質白雲巖，與遷西群呈斷層接觸。白雲質灰巖受侵入巖體影響，但大理巖和蛇紋巖、礦體存在於蝕變大理巖和白雲巖中。上侏羅統主要為火山角礫巖、角礫巖凝灰巖和流紋巖，在礦區有零星分布。
圖2-86小寺溝銅鉬礦床地質圖
1-四元；2-上侏羅統火山巖；薊縣系霧迷山組3-白雲巖；4-黔西群變質巖；5-大理石；6-蛇紋石大理石；7—破碎巖石；8-花崗閃長斑巖(I期、I期、I期)；9-絹雲母化巖石；10—輝長巖閃長巖；11—閃長玢巖；12-二長斑巖；13-花崗斑巖；14 ——推斷和實測地質邊界；15-巖相邊界；16-正斷層和逆斷層；17-事件
(2)結構
礦區內斷層發育，褶皺不明顯。斷層主要分為三組:東西向、北西向和北東向。東西向斷裂(F1)橫貫礦區北部，是區域性深大斷裂的壹部分，也是壹條逆沖斷裂，使北部太古代變質巖系逆沖於中元古界霧迷山組白雲巖之上。F1斷層是該區最古老、最大的斷層，中生代復活。在區域上，它控制著中、晚元古界和古生代的分布，也控制著小寺溝巖體的西北邊界。NEE斷層(F2)主要是平移正斷層，截斷東西向斷層。北西向是區內最發育的壹組斷層，控制著小寺溝巖體的邊界、蝕變帶、礦體分布、巖脈和火山巖分布。主要分為巖體的東北邊界斷層和西南邊界斷層。東北邊界斷層北段控制著小寺溝巖體的東北邊界，西南邊界斷層往往沿斷層充填角礫巖、花崗斑巖或流紋巖脈。
(3)侵入巖
礦區巖漿巖發育。它們大多以斑巖和脈巖的形式出現，其次是火山熔巖和火山碎屑巖。可分為三個階段:早期為輝長巖，中期為小寺溝花崗閃長斑巖，晚期為酸性火山熔巖和火山碎屑巖。區內巖漿成分以中酸性為主，從早到晚有中性到中酸性再到酸性的演化趨勢。石化產品中的SiO2 _ 2和K _ 2O也有從早到晚增加的趨勢。巖體的礦化是常見的。小寺溝花崗閃長斑巖是礦區的主要含礦巖體，富含銅、鉬。巖體主要分布在桐洞子溝、上杖子和下杖子地區。巖體的K-Ar年齡為129Ma。巖體沿北西向斷層侵入薊縣系霧迷山組，為不規則橢圓形小巖株，長軸為北西向，部分與白雲巖重疊，出露面積約7km2。巖體邊緣周圍有許多捕虜體，從幾米到幾十米，到幾十厘米，成分為白雲石或白雲質灰巖，已重結晶，沿巖體接觸帶排列，長軸方向與巖體長軸壹致。
小寺溝巖體從中心到邊緣可分為三個巖相帶，各巖相帶之間的關系是逐漸過渡的。ⅱ期是礦區最廣泛的出露帶，與銅、鉬礦化密切相關。各相帶的主要造巖礦物成分和斑晶均為斜長石，其牌號由中心向外逐漸增加，但均屬酸性斜長石。應時由內向外逐漸減小，而閃石則相反。二氧化矽平均含量為66.35%，K2O為3.55%，Na2O為4.15%，Na2O > K2O；；它呈中等酸性，屬於鈣堿性系列。根據高溫計和應時-磁鐵礦氧同位素分餾方程計算出小寺溝巖體的形成溫度為630～670℃，根據黑雲母成分計算出巖體結晶時水的逸度為FH2O =(1300～1955)×105 Pa。
根據小寺溝巖體中W (Na2O) > W (K2O)，W(al2o 3)/W(Na2O+K2O+Cao)< 1.1，礦物組合為中酸性斜長石+富鎂黑雲母+角閃石+榍石+磁鐵礦；磁鐵礦含量為0.5% ~ 1.2%，不含富鉛礦物和鈦鐵礦。高含量的微量元素釩鉻鈷鎳的組合；黑雲母在Ni-NiO緩沖線以上；全巖氧同位素δ 18O = 7 ‰ ~ 8.2 ‰，表明小寺溝巖體由下地殼同熔花崗巖漿形成。
礦區火山巖主要分布在小寺溝巖體東南邊緣的龍潭溝、西溝、下杖子，有火山碎屑巖和少量熔巖。K-Ar法測得流紋巖全巖年齡為112Ma。該區脈巖分布廣泛，為巖漿晚期的最後產物，以中等酸性為主。花崗斑巖分布於巖體中，呈密集脈狀產出，走向西北，其次為火山角礫巖和白雲巖。閃長玢巖脈分布於巖體及圍巖邊緣，多呈東北及近東西向。二長斑巖分布於巖體、圍巖和火山巖中。脈巖不含礦石，是礦化的產物。
三。銅礦地質
(a)礦體的大小、形狀和空間分布
小寺溝礦床是壹個以銅、鉬為主，伴生有鉛鋅礦、鐵礦和金、銀、硫、稀土、硒等伴生元素的有色金屬礦床。
銅礦體:銅礦化主要分布在小寺溝巖外接觸帶鎂鐵質矽卡巖的蛇紋石蝕變巖和蛇紋石白雲巖中，其次為鈣矽卡巖的石榴石矽卡巖。前者礦化強，範圍大，構成主要銅礦體；後者分布有限，銅多以伴生元素形式存在。銅礦體主要分布在下杖子至銅洞子溝壹帶。礦體壹般長300 ~ 500m，最大1000m，平均厚40m，埋深250~350m，最大570m。礦體形態呈層狀、條帶狀，與接觸帶產狀壹致。總體走向NW315，傾向SW，傾角60 ~ 80。接觸帶內由捕虜體組成的銅礦體大小不等，壹般長200 ~ 300米，厚1 ~ 10米，厚40米。呈透鏡狀、脈狀和扁豆狀，總體走向北西，傾角30° ~ 60°(圖2-87)。
鉬礦體:鉬礦化主要分布在巖體中蝕變帶的黃鐵礦絹雲母中，其次是鈣矽卡巖中的石榴石矽卡巖。鉬礦化強烈而廣泛。部分鉬礦化發生在內接觸帶邊緣，與銅礦體相遇，形成鉬銅礦。鉬礦體分布在上杖子至南溝腦壹帶。礦體長300～500米，厚50～100米，延伸300～500米。它們是兩端和分支急劇收縮變薄的厚透鏡。
此外，還有形態、規模變化較大的小型鉬礦體，多呈脈狀、扁豆狀。
鉛鋅礦體:鉛鋅礦化或鉛礦化主要分布在遠離小寺溝巖體的弱蝕變(青盤巖化)結晶白雲巖中，明顯受巖石裂隙控制，形成脈狀礦體。檔次高，但是規模小。
鐵礦體:主要分布在變質矽卡巖中，規模較小，礦體不連續。局部礦化區疊加晚期銅礦化，形成含磁鐵礦銅礦體。
上述礦化及礦體分布受巖體接觸帶和蝕變帶控制，在小寺溝巖體周圍形成環狀礦化暈。從巖體中的接觸帶向外依次為鉬礦化→鉬銅礦化→鐵銅礦化→銅礦化→鉛鋅礦化→鉛礦化。
(2)礦物成分
銅礦有三種類型，即銅礦石、鐵銅礦石和鉬銅礦石。
銅礦石主要由黃鐵礦和黃銅礦組成，伴生礦物有磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦和磁鐵礦。脈石礦物包括蛇紋石、白雲石、方解石、透輝石、金雲母和矽線石。這種礦石占銅儲量的90%以上。
鐵銅礦主要由黃鐵礦和黃銅礦組成。脈石礦物包括透輝石、矽鎂砂和白雲石。
鉬銅礦主要由輝鉬礦和黃銅礦組成，鉬含量為0.01% ~ 0.08%。這種礦石除了鉬之外，其他特征與銅礦石相同。
(三)礦石結構和構造
礦石結構:以異形粒狀和交代結構為主，偶見熔離結構和破碎結構。
礦石構造:浸染狀、脈狀和塊狀構造。銅礦石常呈細脈浸染狀構造。
(4)圍巖蝕變
礦區圍巖蝕變主要為鉀長石(鉀長石、黑雲母)、溫石棉絹雲母化、粘土巖化、矽卡巖化(含蛇紋石)。蝕變巖在空間上有規則的帶狀分布。從巖體向外依次為花崗閃長斑巖-鉀長石、黑雲母蝕變帶-黃鐵礦、應時、絹雲母蝕變帶-(粘土巖帶)-鈣矽卡巖帶-鎂矽卡巖、變質鎂矽卡巖帶-蛇紋石白雲巖帶。其中，主要含礦蝕變巖為輝鉬礦絹雲母、石榴石鈣夕卡巖、含銅鎂夕卡巖和蛇紋石白雲石。
礦床蝕變巖的形成具有多期、多階段的特點。根據蝕變巖的礦物組合、巖石結構和構造特征及蝕變礦物包裹體測溫等資料，將成礦階段劃分為:早期堿性階段，形成鉀質蝕變巖和矽卡巖，形成溫度在400℃以上；在酸浸階段，碳酸鹽-硫化物組合細脈形成於350～280℃。
圖2-87小寺溝銅鉬礦9號勘探線地質剖面圖
1—蛇紋石大理巖；2-花崗閃長斑巖；3-花崗斑巖；4-銅礦體
四。成礦條件
(1)硫同位素
金屬硫化物硫同位素數據的δ34S值為65438±0.8‰~ 3.3‰。小寺溝巖體的硫同位素特征和宏觀礦化特征均表明成礦物質來自下地殼。
(2)流體包裹體
小寺溝巖體蝕變帶中的應時和方解石含有大量流體包裹體，這些包裹體中氣相含量較高，約占45%，並與液相和固相共存。根據包裹體中中子礦物的產狀和含量統計，高鹽度包裹體的產狀區域與銅礦化的產狀區域壹致。包裹體中鹽類礦物主要是NaCl和KCl。據估計，含礦溶液的總鹽度為45.4%。用均勻化法對大量包裹體進行測溫的結果表明，溫度集中在320 ~ 360℃，反映出在此溫度範圍內熱液活動最強，也是輝鉬礦的形成溫度範圍。黃銅礦-黃鐵礦-應時脈的均壹溫度為280 ~ 320℃，代表了銅的主要成礦溫度。該鹽度和溫度下的水壓為(300 ~ 500) × 105 Pa。
(三)成礦階段
成礦作用經歷了接觸交代、硫化物和蛇紋石碳酸鹽形成，可分為以下幾個階段:
鎂夕卡巖形成階段:主要形成透輝石、拉布拉多石、透閃石、橄欖石和尖晶石；
鈣矽卡巖形成階段:主要形成石榴石和浮山石，直至該階段形成部分透輝石；
含水矽卡巖的形成階段:金雲母和蛇紋石的形成占主要地位，其次是綠簾石、黃鐵礦、磁鐵礦和部分碳酸鹽的形成；
應時-硫化物形成階段:以應時、輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦和絹雲母的形成為主，此階段也有部分碳酸鹽礦物形成；
蛇紋石-應時-碳酸鹽形成階段:主要形成黃鐵礦和碳酸鹽礦物，其次是綠泥石。
總的來說，本區巖石蝕變的酸性演化可以從早期堿性階段(矽卡巖階段)到中酸性階段(晚期水化矽卡巖階段)再到晚期堿性階段(蛇紋石-碳酸鹽階段)。而銅鉬礦形成於酸性晚期，即向堿性轉化的過程中，進壹步說明銅鉬礦化與酸性的變化密切相關。後期水化階段是礦化強度發展的先決條件。
總之，小寺溝花崗閃長斑巖良好的分異作用使流體堿度、二氧化矽和礦物相應地區分良好。在巖漿結晶過程中，隨著飽和水的沸騰，揮發組分和成礦物質聚集。同時鉀交代作用使分散在造巖礦物中的礦物外移。當圍巖被強酸性淋濾後，進入接觸交代階段，巖漿與天水混合，改變了溶液的酸度。隨著巖石孔隙度的增加，成礦元素聚集沈澱，形成銅鉬礦床。小寺溝礦床成因可歸結為斑巖銅礦和接觸交代銅礦。
五、找礦指標
巖漿條件:小寺溝含鉬花崗閃長斑巖為復式巖體，分為黑雲母花崗閃長斑巖、花崗閃長斑巖、鉀長石石英斑巖三個相帶。礦化發生在花崗閃長斑巖階段，是找礦的主要標誌。
圍巖條件:薊縣系霧迷山組白雲巖在空間上屬於礦化體的直接圍巖。在成礦過程中，它是矽卡巖形成的基礎，與成礦有直接關系。霧迷山組花崗閃長斑巖與白雲巖接觸帶中的矽卡巖是找礦的直觀標誌。
構造條件:北西向斷裂構造不僅控制巖石，而且控制礦石和蝕變範圍。斷裂、巖體和蝕變的組合是礦體空間定位的條件，對找礦具有指導意義。
地球化學異常:在1 ∶ 20萬地球化學掃描圖上出現銅、鉬、金、銀、鎳、鈷的綜合異常，指示了找礦遠景區。
上述標誌是在該地區尋找類似礦床的有效標誌。