小坝梁铜(金)矿床是本区发现和勘查较早的典型内生金属矿床之一，早在20世纪50年代末期，内蒙古自治区地质局126地质队在本区开展区域地质调查工作时发现矿化露头，并对其开展了初步评价工作。矿区位于内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗府乌里雅斯太南西50km，中心地理坐标为东经116°44'28″，北纬45°06'32″，面积0.96km2。尽管该矿床规模不大(提交的铜资源量约5万t，伴生金资源量约1t)，但由于其独特的产出背景和矿化类型，一直广受矿床地质工作者关注。矿床大地构造上位于西拉木伦-苏尼特南部-贺根山中晚古生代板块缝合带内的贺根山蛇绿岩分布区。
(一)矿区地质
1.地层
矿区主要出露有下二叠统格根敖包组第二岩段(P1g2)的安山质凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩及少量粗安岩。其中以凝灰岩分布最广，并构成矿体的围岩。凝灰质砂岩与凝灰质粉砂岩仅呈夹层分布于凝灰岩中。这一套岩石为海相火山喷发沉积而成。凝灰岩具岩屑砾状结构、晶屑岩屑结构，块状构造。岩屑有安山岩和安山质晶屑凝灰岩，晶屑则由中性斜长石及少量石英组成。此外还有大面积第四系覆盖(图3-22)。
图3-22 小坝梁铜金矿区地质图(据内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院资料绘制，1994)
2.构造
矿床产于东乌旗复背斜的南东翼。矿区内早二叠世地层走向EW，倾向S，倾角60°～85°，具同斜向斜构造。向斜轴向近EW，核部为凝灰质粉砂岩，翼部为凝灰岩。两翼倾角为75°至近于直立。矿区内构造发育，其中以近EW向逆冲断裂规模最大，不仅控制了矿区脉岩的分布，它也是矿带的主体控矿构造。同时也是区域板块缝合构造带的重要组成部分。野外观察表明，控矿构造东西长约3km，南北宽几米到几十米，向S倾，倾角62°～75°，主要由各类构造角砾岩、断层泥和长英质脉岩碎块组成。在逆冲断裂的上下盘，NE和NW向2组节理发育，局部地段还可观察到雁行状或斜列式破碎带。
3.岩浆岩
矿区内各种类型和不同时代的侵入岩脉(株)广泛分布，以华力西晚期的基性—超性基性岩组合最具特色，通常认为是贺根山蛇绿岩套的组成部分，是缝合带构造的重要标志之一。此外还有华力西晚期正长斑岩(一说为钠长斑岩)、印支期辉绿岩脉等，前者分布于矿区南北两侧，后者见于小坝梁矿区的中心地带。华力西晚期超基性岩包括蛇纹石化橄榄岩和辉橄岩墙群等，侵入于下二叠统格根敖包组中，从矿体产出看，该期超基性岩浆活动与成矿作用关系较为密切;辉绿岩脉多呈EW向展布，长度几米至数百米，最长者可达600m以上，宽度为几十厘米至几十米，最宽者可达180m。与成矿的关系也很密切。矿区还发育大量的火山岩。除格根敖包组第二岩段为一套凝灰岩外，尚有火山角砾岩、火山集块岩、粗玄岩、玄武岩、细碧岩、石英角斑岩、辉橄岩与辉长岩等。其中粗玄岩、玄武岩分别分布于矿区东部、西部，两者皆呈EW向展布。凝灰岩与基性熔岩及火山角砾(集块)岩均沿EW向呈互层状产出，在长达2km的范围内产状稳定，推断它们为同一时代火山作用的产物。铜(金)矿体主要赋存于火山角砾岩及基性岩中，表明矿化明显受层位控制，沿着EW向火山喷发通道在后期又有构造叠加，并于局部地段形成构造角砾岩。另外，火山角砾岩由西向东呈狭长带状分布，且西厚东薄。火山集块岩也集中分布在矿区西部，因此推断火山喷发中心在矿区西部，而矿区东部主要是火山溢流。
与成矿关系极为密切的细碧岩分布于矿区中部与凝灰岩、火山角砾岩呈互层状产出。断续出露，长约2km，宽60～200m，为铜(金)矿床的主要成矿母岩之一。细碧岩化学成分与世界及内蒙古地区产出的细碧岩的化学成分很相近，Na2O含量大大超过K2O含量，并且其Na2O含量也远比钙碱性玄武岩为高。细碧岩的固结指数23.5～29.1，分异指数40.3～56.2，反映本区细碧岩的基性程度高，分异程度低，属火山作用产物。据矿区120件光谱分析资料统计，粗玄岩含铜142×10－6，细碧岩含铜340×10－6、含金160×10－9，火山角砾岩含铜1204×10－9，凝灰岩含铜93×10－6、含金120×10－9，石英角斑岩含铜13×10－6，超基性岩含铜14×10－6。可见火山角砾岩与细碧岩为小坝梁铜矿的主要成矿母岩，凝灰岩对成矿也有一定贡献。火山角砾岩按岩性可分为玄武质火山角砾岩、凝灰质火山角砾岩。前者的角砾主要由玄武岩、粗玄岩、辉长岩等碎块组成;而后者则主要由凝灰岩、玄武质凝灰岩、安山质凝灰岩等碎块组成。含矿性一般以凝灰质火山角砾岩为佳。至于石英角斑岩主要分布于小坝梁矿区内，并大部分出露于矿区北侧，其产状总体亦呈EW向延展，倾向S，倾角62°～80°，局部直立，甚至在浅部南倾，深部北倾，断续出露长达2km，宽40～120m。岩石呈浅灰或淡黄褐色，显微斑状结构，似粗面结构，有时见流动构造。以富钠为特征，形成比细碧岩晚，基本未受到后期热液蚀变作用。
(二)矿床地质
1.矿化脉特征
小坝梁铜(金)矿各矿脉在平面上呈透镜状或似层状断续分布在东西长近2km，南北宽约200m的狭长带状火山角砾岩及细碧岩内或其附近，在剖面上则常呈楔状或漏斗状。矿脉走向近EW，多数S倾，少数N倾，倾角为60°～75°。铜品位为0.30%～15.36%，平均品位一般为0.7%～2%。
原生铜矿脉因风化作用而被剥蚀并受到氧化淋滤作用，形成深达60m的氧化带。在铜矿脉遭破坏的同时，使伴生的非工业金逐渐富集成工业金矿体，形成了小坝梁淋滤型金矿床。金矿脉与铜矿体紧密伴生，目前已圈出金矿体达20个，金品位一般为3×10－6～7×10－6，最高可达12.72×10－6。在铜矿脉中伴生金的品位为0.5×10－6～3×10－6，一般为1×10－6左右。金矿石类型以角砾状氧化矿石及土状氧化矿石为主，块状或浸染状原生矿石居次。
2.矿体特征
小坝梁铜(金)矿体可分为两大类:一为占本区储量大部的氧化矿体，次为下部的原生硫化矿体。经初勘圈定矿体近40个。其中氧化矿体居多;原生硫化矿体次之;上部为氧化矿体，下部为硫化矿石的原生矿体。
本区铜矿具有垂直分带现象，地表0～2m，为地表淋滤带，仅剩有褐铁矿化的铁帽及粉末状粘土矿物;其下为氧化带，氧化深度一般为30～60m，而以30m左右深度的氧化矿石品位较富，故认为30～40m为氧化富集带;其下为硫化矿体(原生带)。由于本矿床属窄小的脉状矿体，不可能聚集大量的铜矿溶液，因而没有次生硫化富集带。
(1)氧化矿体:有两种形式产出。一种产于蚀变带中，矿体呈透镜状，矿石品位较富，一般含铜在1.5%～2%以上，个别可达4%～5%。与其深部的原生硫化矿体呈渐变关系。由于古地形高差的关系，地下水面不平，氧化深度亦不一致，一般3～60m。
本区的另外一种氧化矿体不产于在蚀变带内，纯属裂隙充填。氧化矿物以蓝铜矿、黝铜矿、孔雀石为主，大部分呈薄膜状存在，品位较低，完全属后来外迁次生而成的。矿体延深不大，一般在30m左右，形状极不规则，随节理、片理而改变形状。
(2)硫化矿体:矿体呈似脉状、透镜状产于安山岩、凝灰岩受强烈绿泥石化、绢云母化、滑石化的热液蚀变带中，与蚀变带产状一致。矿体厚度延走向、倾向变化不大，形状、产状也都比较稳定。一般东厚西薄，长60～250m，延深一般30～70m，有勘探工程控制的最深矿体达215m。矿石品位变化较大，为0.5%～1.5%，个别可达15%，矿体厚度越大，品位越高。
3.矿石类型及特征
小坝梁铜(金)矿矿石可分为氧化矿石和原生矿石两类。
(1)氧化矿石:有用矿物以碳酸盐类孔雀石为主，其次有蓝铜矿、黝铜矿和极少量赤铜矿。其中蓝铜矿、黝铜矿多呈裂隙充填。氧化矿的薄膜结晶呈放射状、羽毛状等结构，硅孔雀石及蛋白石类呈半透明的细脉，赤铜矿有粒状及斑点状结晶体。孔雀石是本区氧化矿最多的一种，常与上述几种氧化矿混杂共生，也有单独地呈斑点状及小细脉存在。由于氧化矿存在于蚀变带中及裂隙发育或片理发育的构造带中，故矿石疏松破碎。
(2)硫化矿石:有用矿物主要为原生黄铜矿、黄铁矿及微量次生烟灰状辉铜矿，并偶见有极少量的闪锌矿和方铅矿。含铅、锌一般在0～0.5%，个别样品含铜在3%以上，锌在0.7%～0.9%，可综合利用。黄铜矿多呈星散状、浸染状及少量细脉状与黄铁矿共生;部分呈块状，含有较多黄铁矿或含铜黄铁矿。经光片和薄片鉴定研究，故认为本区黄铁矿的生成早于黄铜矿。
4.围岩蚀变
作为矿体的直接围岩有晶屑岩屑凝灰岩、细碧岩、火山角砾岩和构造角砾岩，有时矿体也赋存于细碧岩与凝灰岩的接触带上。
矿区围岩蚀变较普遍，主要为绿泥石化，次为次生石英岩化、硅化、绢云母化和滑石化，地表有褐铁矿化及高岭土化。前者与铜矿同期生成。呈平行带状分布，局部有分支复合现象。蚀变带中一般含有粒状黄铁矿及黄铜矿小斑点。绿泥石化与绢云母化相伴生，强烈处黄铜矿较富集。次生石英岩化仅发育在地表氧化带中，深部则无，系受地表氧化作用时所生成的硫酸铜的水溶液作用所致，可作为间接找矿标志。硅化见于岩脉的边缘外接触带，有少量黄铁矿浸染。
铜矿即产于安山岩、凝灰岩内以绿泥石化为主的蚀变带中。呈EW方向断续分布。蚀变带总长约1850m，宽0.3～65m，延深70～200m，倾向S，倾角56°～85°，个别蚀变带东西两端倾向N，倾角为45°～75°，蚀变带与围岩界线不清，呈渐变关系。
5.矿石组分及结构构造
原生矿石的金属矿物成分为黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿、白铁矿、闪锌矿、方铅矿及自然金;氧化矿石的成分为孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、黑铜矿、褐铁矿、赤铁矿、黄钾铁矾及自然金。脉石矿物有绿泥石、石英、方解石、长石、辉石等。
矿石结构有粒状结构、同心环带结构、压碎结构、交代残余结构;构造有块状构造、浸染状构造、填隙状构造及细脉状构造。在基性熔岩与火山碎屑岩中普遍存在浸染状黄铁矿与方解石细脉。块状含铜黄铁矿体主要赋存于凝灰岩与火山角砾岩的界面上，或在凝灰质火山角砾岩层位中。
(三)成因分析
1.流体包裹体特征
通过对矿区样品中石英流体包裹体的测试与研究(陈德潜等，1995)，发现均是气液比为10%～30%的两相包裹体。其个体较细小，在4～12μm之间，并以4～5μm居多。形态多呈椭圆形或不规则状，具拉长状者不呈定向排列。包裹体的均一温度为170～376℃，并集中分布在260～280℃与310～350℃两个温度段内，小于200℃者甚少，表明其主要为中温热液阶段成矿，且与塞浦路斯矿床的成矿温度相近，后者的上部矿体为300～300℃(Spooner，1980)。小坝梁矿床包裹体的冰点温度为～0.8～2.4℃，平均值为－1.5℃，对应盐度为1.4%～4%，平均值为2.5%。根据均一温度和盐度估算流体密度为0.80～0.99g/cm3。综上不难看出，小坝梁矿床成矿流体以具有低盐度、低密度和中等温度为特征。
2.H、O同位素组成
对矿区内ZK1801，X1801-1及ZK2001-42三件样品进行了氢氧同位素分析，求得ZK1801铜矿石中绿泥石δD值为-101‰，石英中δ18O值为+12.6‰，石英中气液包裹体均一温度平均值为310℃，根据绿泥石-水的氢同位素分馏校准曲线，求得与矿物平衡水的δD值为－57‰，再根据石图3-23小坝梁铜矿石δD-δ18O关系图英-水氧同位素分馏关系式求得水的δ18O值为6.1‰;另一件样品X1801-1铜矿石中石英包裹体δD值为-75‰，δ18O值为+11.6‰，均一温度为320℃，求得水的δ18O值为5.4‰;第3件样品ZK2001-42绿泥石-石英交代岩中石英δ18O值为+7.5‰，石英中气液包裹体均一温度平均值为197℃，求得水的δ18O值为－4.4‰，3件样品同位素值列于表3-12，将上述数据投到δD-δ18O关系图(图3-23)上，可见前两件样品均落在原生岩浆水范围内，第三件样品在原生岩浆水范围以外。氢氧同位素研究表明:形成小坝梁铜矿床的矿液主要来自原生岩浆，但在一定程度上受到海水的影响。
图3-23 小坝梁铜矿石δD-δ18O关系图
表3-12 小坝梁铜(金)矿床石英氢氧同位素组成
(据陈德潜等，1995)
3.S、Pb同位素特征
小坝梁矿区内硫化物样品进行硫同位素分析的结果见表3-13。可见该矿区内δ34S值变化为1.6‰～3.9‰，平均值为2.4‰;辉绿岩脉3件黄铁矿样品δ34S值变化范围为2.0‰～3.0‰，平均值为2.4‰;表明小坝梁矿区铜-金矿石与辉绿岩脉黄铁矿样品无论在δ34S值变化范围方面，还是在平均值上均十分相似，暗示了硫来源较为一致。综合分析表明，小坝梁矿区铜-金矿石与辉绿岩脉黄铁矿δ34S值完全可以与岩浆热液金属矿床，特别是斑岩型铜-金矿床相对比，可以推测小坝梁矿区铜-金矿石与辉绿岩脉中硫主要来源地壳较深部位，即幔源岩浆;同时，也不能排除大气降水对部分黄铁矿样品硫同位素组成的影响。
表3-13 小坝梁矿区黄铁矿硫同位素分析结果
(据陈德潜等，1995)
小坝梁矿区内6件样品的黄铁矿铅同位素分析结果见表3-14。其中4件铜-金矿石样品的黄铁矿206Pb/204Pb比值变化范围为17.531～17.688，平均值为17.599;207Pb/204Pb比值为15.355～15.421，平均值为15.389;208Pb/204Pb比值为37.033～37.198，平均值为37.170;计算单阶段模式年龄为287.3～417.3，平均值为344.6，μ值8.8～9.1，平均值为8.9。同时2件辉绿岩脉黄铁矿样品的铅同位素比值、单阶段模式年龄值及μ值均与铜-金矿石样品十分接近，暗示了两者来自同一源区。同时，在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb及208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图上，所有数据均投影于地幔铅演化线上或其两侧很窄的范围内，反映了铜-金矿石与辉绿岩的成岩(矿)物质来源相同，且两者成岩(矿)作用与深源岩浆活动(幔源岩浆活动)有关。
表3-14 小坝梁矿区黄铁矿铅同位素组成
(据陈德潜等，1995)
4.稀土元素地球化学
对小坝梁矿区各类岩石的稀土元素(表3-15)进行研究后可以发现以下特征:
表3-15 小坝梁铜金矿区各类岩石的稀土元素地球化学特征及参数
注:稀土分量由岩矿测试技术研究所用ICP法测定:括弧内为计算值。据陈德潜，1994。
矿区内细碧岩的REE型式呈平坦型，(La/Yb)N=0.85～0.95，(La/Sm)N=0.48～0.77，具有大洋拉斑玄武岩的稀土元素特征，表明成岩物质来自地幔。它与源自陆壳玄武岩的REE型式迥然有别，后者呈明显向右倾斜的曲线。
石英角斑岩的稀土丰度甚低，但其REE型式仍与细碧岩相近，亦属于平坦型。石英角斑岩可能为同源基性岩浆不同分异阶段上侵与喷发的产物。
矿区内凝灰岩的REE型式与细碧岩及石英角斑岩稍有不同，呈微右倾型，即其中轻稀土稍有富集，但∑REE与细碧岩相近，可能暗示其与细碧岩虽同源自地幔，但在岩浆上侵的过程中经历了一定程度的分异作用所致。
5.成因讨论
前人对小坝梁矿床的成因与时代曾有不同的认识。在时代上，主要为华力西期与燕山期之争;在成因上，主要为海相火山热液成矿与陆相热液成矿之争。王长明等(2007)从小坝梁矿床成矿地质条件入手，分析矿床形成的地质背景、产布以及与矿区内各类岩石组合的空间分布关系，同时阐述了热水沉积岩的成矿指示意义，提出矿区同沉积断裂的存在的可能性，认为小坝梁矿床是海底火山喷发作用形成的。
据陈德潜(1994)在矿区不同部位共采集细碧岩、凝灰岩、石英角斑岩25件全岩样品，开展的铷-锶同位素测定，拟合了一条较好的等时线，给出年龄值t=243±15Ma;初始值(87Sr/86Sr)i=0.70493±0.00028;相关系数=0.99。这一结果表明矿区内与铜、金矿化密切相关的一套基性岩、凝灰岩与石英角斑岩为同源(来自地幔)、同期(华力西晚期)火山作用的产物，从而完全排除了燕山期成岩与成矿的可能性。证明基性岩与矿区内早二叠世地层为同时代产物。结合区域构造演化分析，可以认为这套岩石的形成与矿化作用均发生在海相环境之中。
综上可知，小坝梁铜(金)矿成矿物质来源于深源———地幔，成矿热液主要来源于原生岩浆水。并且矿床产出于特殊的大地构造环境中，即西伯利亚板块与华北板块碰撞缝合带内，西伯利亚古板块与华北古板块的拼合发生于古生代中期，直至早二叠世，本区仍属残余海构造背景。由于区域张应力作用而发生了源自地幔的中、基性火山-次火山活动，岩浆沿EW向断裂上侵，开始为中性岩浆喷发、沉积，形成一套凝灰岩地层;稍后又有地幔重熔富钠质的基性岩浆喷发，形成一套以细碧岩为主体的基性岩组合;最后，由基性岩浆分异形成富钠质的酸性岩浆喷发，形成了石英角斑岩。铜(金)矿化主要发生于细碧岩形成阶段，即伴随裂隙式火山喷发活动，在火山角砾岩与细碧岩中，由火山热液带来的矿质以及从凝灰岩中活化转移的部分矿质，在有利的构造部位及物理化学条件下富集成矿，从而形成了小坝梁铜(金)矿床。