一、大地构造位置
白乃庙-温都尔庙地区位于徐尼乌苏与温都尔庙两大断裂之间的中新元古代岛弧南缘，华北陆块北缘的增生带（图2-95）。
二、矿区地质背景
白乃庙群，岩石为具变余斑晶的绿片岩，经长春地质学院同位素实验室测得锆石U-Pb谐和年龄为（1130±16）Ma，属中元古代。
石英闪长岩呈块状或片麻状侵入于白乃庙群中（在白乃庙北），按其岩石化学和微量元素特征属CA岩浆系列，测得的锆石U-Pb谐和年龄为（665±15）Ma，属新元古代。
图2-95 白乃庙-温都尔庙区域地质构造略图 Fig.2-95 Regional tectonic sketch of Bainaimiao-Wenduermiao area（据内蒙古103队修改）（after Geological Team 103 of Inner Mongolia）
1—中元古界白音都西群；2—中新元古界白乃庙群；3—中元古界白云鄂博群；4—下古生界温都尔庙群；5—中上志留统徐尼乌苏组；6—上志留统那清组；7—上石炭统；8—下二叠统；9—上侏罗统；10—中新世玄武岩；11—中新统；12—石英闪长岩；13—华力西期花岗岩；14—华力西期花岗闪长岩；15—燕山期花岗闪长岩；16—安山玢岩；17—直立断层及逆冲断层；18—斜冲断层及性质不明断层；19—隐伏大断裂；20—韧性剪切带
白音都西群为新建群，主要呈规模不等的残块产于石英闪长岩中。其上、下为变粒岩段，中部为夕线石云母片岩段，属中低压角闪岩相。变粒岩等的原岩为长石杂砂岩-长石石英砂岩。整个白音都西群原岩应属于在不稳定陆壳基底上形成的过渡型陆屑建造。5个斜长角闪岩平均Sm-Nd模式年龄为1226Ma（聂凤军取样，地科院地质所测定），基本上也属中元古代。
花岗闪长斑岩与白乃庙铜矿密切有关，呈小岩株透镜体侵入于白乃庙群中，其锆石U-Pb视年龄为466～694Ma。
除上述岩石和地层外，这一地区还有华力西期的斜长花岗岩、中上志留统等较晚的岩石和地层。在白乃庙以东8km处和谷那乌苏，均可见到中上志留统不整合于白乃庙群之上。
三、矿床地质
白乃庙铜（钼）矿床产于白乃庙群的绿片岩系之中，铜矿化和花岗闪长斑岩均基本平行于绿片岩的叶理，呈近东西走向产出。主要工业矿体集中分布于白乃庙附近，白乃庙以东的谷那乌苏也见同类矿化。根据航磁解释推断，这两处含矿岩系在草原以下可能相联，并可西延至白乃庙以西20km左右（图2-96）。
（一）地层
白乃庙群呈近东西走向，倾向南，其岩性大体可分为两类：一是绢云长英片岩，主要由石英、长石和绢云母等组成，构成从石英岩到绢云片岩多种岩石；一是绿片岩类，主要由阳起石、绿帘石、绿泥石、斜长石、石英等组成，构成多种绿片岩。两类岩石中有时含普通角闪石或斜长石斑晶，主要为变余成因。除两类岩石外，还偶夹有极少量的大理岩等。白乃庙群岩性变化频繁，即使在相邻勘探剖面之间小层也难于逐层对比。白乃庙群按S：可分为三个构造岩性段，第一、三段为绿片岩段，第二段为绢云长英片岩段。矿区内还分布有中上志留统徐尼乌苏组、二叠系三面井组和侏罗系等。
（二）构造
1.褶皱
图2-96 白乃庙铜矿区地质略图 Fig.2-96 Schematic geological map of Bainaimiao copper ore district
1—第四系；2—上侏罗统大青山组；3—下二叠统三面井组；4—中上志留统徐尼乌苏组；5～7—白乃庙群；5—第三岩段；6—第二岩段；7—第一岩段；8—未定斜长角闪岩；9—白音都西群；10—断层；11—隐伏于第四系之下的断层；12—石英闪长岩（δO2）；13—花岗闪长斑岩（γδπ3）；14—斜长花岗岩（γ4）；15—花岗闪长岩（γδ4）；16—金矿脉；17—铜矿带及矿段编号；18—矿区大地构造位置示意图
白乃庙群的三期褶皱方向均为EW向，F1、F2、F3基本平行，但F1枢纽较分散。以相当于S2的各构造岩性段界面为参考面，白乃庙断裂以西为一同斜背形，其枢纽为91°∠18°，向东至转折端枢纽变陡为91°∠54°；东部基本为一“单斜”，第二岩段向西变窄，产状也多变，有可能已近于转折端，但未能确证，故暂仍按单斜处理。
2.断裂
主要有两条。一是白乃庙断裂，呈NE向斜贯全区，倾向NW，倾角50°～70°，部分近直立，是一条由于多期活动最终联成长达20km的断裂。中志留世以前为右旋压扭，水平断距为800m，并使东盘断裂带附近的白乃庙群因牵引走向转偏NWW，二叠纪以后为“右”旋张扭，水平断距约200m。另一条重要断裂是沿中上志留统底部不整合面发育的近EW向的脆韧性断裂，具滑脱推覆性质，也是多期活动的断裂。这两条断裂均与金矿化有关。
3.韧性剪切带
白乃庙群普遍经历一次以韧性剪切带为特征的动力变质作用。这些韧性剪切带，一般平行S2顺层展布。其特点是将原来已形成的变质矿物等塑变拉长，使岩石片理化、糜棱化，形成一系列拉伸线理。拉伸线理在原具有角闪石斑晶或变余杏仁构造的岩石中最为明显，肉眼即可辨认。剪切拉伸使大多数闪石类矿物c轴转为近平行线理，但也可见c轴与平行线理被斜向或横向拉长的。经研究，韧性剪切具为由南向北逆冲性质。花岗闪长斑岩也同样经历了这一期韧性剪切变形，形成一系列与围岩产状协调一致的韧性剪切带。矿区南缘中上志留统徐尼乌苏组不发育。所以韧性剪切作用发生于花岗闪长斑岩之后，上志留统以前。
（三）侵入岩
矿区内有石英闪长岩、花岗闪长斑岩及斜长花岗岩分布。
石英闪长岩主要分布于矿区东北部，侵入于白乃庙群及白音都西群中。石英闪长岩呈灰绿色、灰色，块状构造，有时为片麻状构造，花岗结构。主要矿物成分为斜长石、石英、黑云母、角闪石及微斜长石，副矿物有磷灰石、金红石、钛铁矿，蚀变矿物为绿泥石、绿帘石和绢云母。
花岗闪长斑岩为白乃庙铜矿的成矿母岩，主要出露于矿区中部和北部，大致呈东西向延伸，地表大体以顺层的小岩体、岩枝、岩脉等形态产出，沿与F3有关的层间构造带侵入。在岩层走向折转向北西的Ⅸ矿段出露面积最大，宽达400m，东西两侧出露渐少。在北矿Ⅻ、ⅩⅢ、Ⅷ矿段都见有花岗闪长斑岩的岩脉、岩枝穿切绿片岩。在南矿带Ⅴ、Ⅵ矿段，经镜下鉴定，有不少花岗闪长斑岩的岩脉、岩枝存在，由于岩体经受强烈的糜棱岩化，难以辨认，曾被定为斜长片岩。据钻探及坑道证实Ⅱ、Ⅲ等矿段深部都有花岗闪长斑岩的岩脉、岩枝存在。由此可以推断，矿区内南、北矿带的花岗闪长斑岩在深部应为一个岩体。花岗闪长斑岩呈灰绿色、灰褐色，风化面呈灰黄色、褐黄色。主要矿物成分有斜长石、石英、正长石、黑云母，其次为角闪石。副矿物有磷灰石、榍石、锆石和磁铁矿。岩石具斑状—似斑状结构。斑晶主要为斜长石，其次有正长石、石英和黑云母。区内花岗闪长斑岩普遍受到东西向韧性剪切带的影响，导致岩石“片理化”。
斜长花岗岩原定为白云母花岗岩，主要呈脉状侵入于矿区北部的白音都西群和石英闪长岩中，在金矿区中部有零星出露，与金矿化有密切的成因联系，以舌状、肠状穿切于绿片岩中。斜长花岗岩未受到韧性剪切带影响，为矿区内最年轻的岩浆岩。
上述侵入岩的化学成分如表2-56所示。
表2-56 白乃庙侵入岩主要化学成分表（wB/%） Table 2-56 Chemical composition of intrusion in Bainaimiao ore district
（据103队和聂凤军平均）
按角闪石、斜长石中钙的分配系数求得石英闪长岩的形成温度为575～608℃，利用二长石地质温度计求得斜长花岗岩的形成温度为406℃，利用Ab-Or-Q图解求得花岗闪长斑岩的形成温度为700～750℃。
（四）矿体产状及矿石物质成分
白乃庙铜矿体均产于韧性剪切带内，产状受韧性剪切叶理控制，但矿化最强的部分并不一定与变形最强的剪切带重合，同时韧性剪切带也并非都有矿化。矿区分南、北两个矿带。南矿带由Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ和Ⅺ矿段组成，矿体主要产于绿片岩内，即花岗闪长斑岩体的外接触带部位，呈似层状产出，其产状与围岩叶理基本一致。矿体走向一般为近EW—NW，倾向S—SW。北矿带由Ⅷ、Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅢ等四个矿段组成，矿体主要赋存于花岗闪长斑岩体的内接触带，走向一般为近EW—NWW，倾向S—SSW。无论是南矿带，还是北矿带，均表现为典型斑岩矿床的矿化分带特征，钼矿体总是分布于整个矿体的中心部位，且偏靠下部（图2-97）。
南矿带的矿体长几十米至四百多米，厚几米至几十米。Ⅱ、Ⅴ矿段呈连续的似层状产出，厚度及品位沿走向，倾向均较稳定。Ⅲ矿段特别是Ⅵ、Ⅶ矿段以多层分布的小矿体为特征，矿体呈似层状、透镜状产出，具复合分叉尖灭再现现象。厚度及品位变化较大。
北矿带以Ⅷ矿段为最好，矿体规模较小，长几十米至二百余米，厚1m至十几米。矿体的厚度和铜钼含量变化大，矿石品位较贫。
图2-97 白乃庙南矿带六矿段31勘探线地质剖面图 Fig.2-97 Geological profile of exploratory line 31 of ore block 6 at southern ore belt Bainaimiao
1—阳起斜长片岩；2—阳起斜长片岩夹绿泥斜长片岩；3—绿泥斜长片岩；4—绿泥斜长片岩夹阳起斜长片岩；5—黑云母绿泥斜长片岩；6—矿层
矿石可划分成花岗闪长斑岩型矿石和绿片岩型两种。矿石矿物成分达40多种，其中金属矿物有17种，非金属矿物有20多种。有用组分除Cu外，Mo、Au均具重要意义。金属矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，脉石矿物以石英为主。两种类型矿石矿物成分相同，它们的标型特征及矿物之间关系也都具一致的特征。两种类型矿石中黄铁矿都可分为粗粒及细粒两种。部分粗粒黄铁矿已被压碎，并被黄铜矿呈网脉状充填交代。细粒黄铁矿形成晚于粗粒黄铁矿，两者呈交代关系，且与石英、黄铜矿共生。辉钼矿晶粒弯曲变形普遍，具明显的波状消光，常与石英紧密共生。南、北矿带矿石在结构、构造上的特征基本一致，如有某些差别与不同岩性有关。此外，南、北矿带普遍具有碎裂、变形特点，说明它们都经受EW向韧性剪切带的影响。
北矿带的Cu、Mo含量高，Au含量低（表2-57），而南矿带则是Cu、Au含量高，Mo含量低，即岩体内部Cu、Mo含量高，岩体外接触带绿片岩中Cu、Au含量高。这种Mo→Cu→Au的空间分布规律，与典型斑岩矿床元素分带是一致的。
（五）蚀变与矿化
白乃庙铜矿床具有典型斑岩矿床所特有的蚀变类型和蚀变分带，而且南、北矿带基本一致。
1.蚀变类型
钾化：包括钾长石化和黑云母化。呈浸染状、团块状及脉状等。钾长石化主要发育在花岗闪长斑岩体内，绿片岩内很微弱。
硅化：很发育，是矿区内一种重要的蚀变类型。
此外，还有绢云母化、绿泥石化、绿帘石化及碳酸盐化。
以上各类蚀变，相互之间有先后交代关系。首先形成钾化，然后形成绢云母化，再后广泛硅化，在此基础上又绿泥石化和绿帘石化，最后碳酸盐化。
表2-57 南、北矿带Mo、Cu、Au含量 Table 2-57 Mo,CU,Au contents in Southern and Northern ore belt
（据103队资料整理）
2.蚀变分带
北矿带：以岩体为中心，向两侧形成钾长石化带（黑云母化带）→硅化带→绿泥石化、绿帘石化带。
南矿带：以矿体为中心，向外依次出现钾长石化带→硅化、黑云母化带→绿泥石化、绿帘石化带。
3.蚀变与矿化
经研究表明：矿化只与硅化带有关，硅化与铜（钼）矿化紧密共生，且所有金属硫化物无例外地皆与石英共生，其含量随着石英含量的增加而增多。
4.成矿作用
与花岗闪长斑岩有关的含矿热液对岩体及绿片岩进行一系列的交代，形成斑岩型铜矿床。矿床的成矿作用可划分成以下几个阶段：
钾长石黑云母阶段；
石英硫化物阶段，进一步分为辉钼矿亚阶段、黄铜矿亚阶段、方铅矿闪锌矿亚阶段；
绿泥石绿帘石阶段，分布于岩体边部或矿体周围。该阶段晚期产生碳酸盐化，形成方解石。
四、成矿条件
（一）稳定同位素研究
对南、北矿带分别进行C、H、O、S和Pb等稳定同位素组成研究的结果表明，它们具有相似的组成及变化特征，说明它成因的一致性。
铅同位素：白乃庙铜（钼）矿床铅同位素组成数据列于表2-58。由表可知，花岗闪长斑岩钾长石微量铅与矿石铅有着相似的同位素组成特征，说明两者来自同一岩浆源，排除了南矿带形成与绿片岩有关的认识。铅既然来源于岩浆，则与铅共生的成矿元素铜也可认为来自岩浆。
表2-58 铅同位素组成 Table 2-58 Composition of lead isotope
测试单位：长春地质学院同位素地质实验室
碳、氧同位素：成矿后碳酸盐阶段的方解石的碳、氧同位素组成。
北矿带2件样品，其δ13C范围为—4.90‰～—8.93‰，均值为—6.92‰；其δ18O变化范围为＋6.72‰～＋7.38‰，均值为＋7.05‰；相应δ18O水在—4.35‰～—5‰，均值为—4.68‰。南矿带3件样品的δ13C变化范围在—3.19‰～—7.38‰，均值为—4.98‰；其δ18O变化于＋6.55‰～＋6.73‰，均值为＋6.65‰；δ18O水为—4.99‰～—5.17‰，均值为—5.07‰，因此，南、北两矿带碳、氧同位素组成是基本一致的，表明其成矿后的环境也是相似的。
硫同位素：南、北两矿带取硫同位素样品11件，其中黄铁矿10件，黄铜矿1件。其δ34S变化范围和均值，南矿带为—2.50‰～—5.99‰，均值为—4.10‰；北矿带为—3.82‰～—6.48‰，均值为—4.63‰，说明南、北矿带具有相同硫源。
南、北矿带δ34S都接近于零，变动范围很窄，说明它们的硫都来自岩浆或深部硫源。
氢、氧同位素：在南、北矿带分别采集2件石英样品，测定其中的氧同位素组成及其原生包裹体内氢同位素组成。
南矿带δ18O均值为＋10.02‰，δD均值为—114.41‰，δ18O水为＋2.69‰。北矿带δ18O均值为＋9.72‰，δD均值为—102.52‰，δ18O水均值为＋2.41‰。南、北矿带有着相似的氢氧同位素组成，表明成矿热液有同一来源。
成矿热液的氧同位素组成与小泰勒提出的＋5.5‰～＋10‰岩浆水氧同位素值是接近的，从而表明，矿床形成过程中岩浆水是主要的，有少量地下水参与（图2-98）。
由此可见，南、北矿带具有相似的碳、氢、氧、硫和铅同位素组成，说明它们具有一致的成因，其成矿物质和矿液主要来自岩浆。
（二）矿物包裹体研究
赵仑山测定的铜矿床形成温度为260～320℃，取其中间值为290℃。石英包裹体成分，南、北矿带具有相似成分，成矿热液中阳离子以钙和钠为主，且钙的含量大于钠，挥发组分以氯为特征。矿区典型矿物共生组合为黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿和石英。综上所述，成矿热液以富钙、硅、挥发组分氯及铜、钼矿质等为特征。
图2-98 氢氧同位素组成图 Fig.2-98 δD—δ18O diagram
1—地下水；2—成矿热液；PMW—原生岩浆水
（三）矿床成因讨论
对白乃庙铜（钼）矿床的成因，各家看法不同，主要有两类观点：一是强调花岗闪长斑岩的意义，认为是斑岩铜矿，特别是北矿带；一是强调绿片岩的意义，认为是与海底火山作用有关的矿床，或者又经变质、斑岩侵入等事件改造富集。导致这种分歧的原因主要是，不论就单个矿带的规模和累计总储量，按目前勘探结果，都是绿片岩中的矿体大于斑岩中的矿体，而且绿片岩中的矿体基本平行叶理产出，“顺层”的特点比较明显。
认为斑岩铜矿的理由是：
（1）南、北矿带蚀变类型、蚀变分带有着极为相似的特征；
（2）南、北矿带主要金属矿物都是黄铁矿和黄铜矿，并且黄铁矿按粒径皆可分为粗粒和细粒两种，它们的晶形特征、粒径及生成顺序完全一致，它们的成矿作用也完全一样；
（3）南、北矿带黄铁矿中铜含量近似，且铅、锌含量也相似；
（4）南、北矿带矿化特征相同，矿化无例外地都与硅化有关，黄铜矿皆与细粒黄铁矿、石英共生，矿体都赋存于硅化蚀变带内；
（5）南、北矿带有着相似的碳、氢、氧、硫、铅同位素组成，说明它们的成矿物质和热液具有同一来源；
（6）南、北矿带成矿温度相近，包裹体成分一致；
（7）南、北矿带成矿都受韧性剪切带控制，都有斑岩，只是南矿带斑岩较少、较小。
认为火山岩型（黄铁矿型）的理由是：
（1）矿体的形成与火山喷发时的喷流作用有关。矿体产状与围岩一致，系与围岩同时生成。围岩从基性—酸性的流纹岩、英安岩、安山岩、玄武岩等火山岩经区域变质而形成的绿片岩，属于细碧角斑岩系；
（2）具有含铜黄铁矿型的矿体特点。如黄铜矿体成雁行排列，成八字排列。
（3）矿石的矿物成分与含铜黄铁矿型矿石矿物成分相似，一般矿石皆为黄铁矿，而铜矿层存在于黄铁矿层中。
（4）含矿岩系具有火山变质岩的特点。如乌南地段薄片中见杏仁气孔状构造，并具变余斑状结构（基质为交织结构）。白乃庙南矿带二矿段见有晶屑凝灰岩透镜体，这些均为火山变质岩的佐证。
另有人认为该矿床是属火山-热液浸染型铜钼硫化矿床，系由多次矿化叠加而成。因为岩石中普遍含有浸染状-条带状的黄铁矿、磁铁矿等属早期喷发期的产物。而黑云母、磁铁矿、磁黄铁矿和辉钼矿属高温热液阶段的矿物。其中黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然金和方解石等，属于中温热液矿化的特征；含金石英脉则为晚期热液矿化的产物，故证明该区矿化是由高温—中低温热液叠加于原火山喷发矿化之上，使其进一步富集形成较复杂的矿物组合和元素特征。