一、区域地质背景
该成矿亚系列位于南阳盆地以东，大河断裂以南、松扒－龟梅断裂以北，属于桐柏－大别山褶皱束Au、Ag、Cu、Zn、Mo多金属、天然碱、非金属Ⅳ级成矿带。
区内出露地层为古元古界秦岭岩群。主要由一套深变质的云斜片麻岩、角闪质片麻岩、花岗质片麻岩、含砾大理岩组成，自下而上为泥砂质碎屑岩－钙镁硅酸盐－碳酸盐岩建造，在彭家寨倒转背斜轴部有紫苏麻粒岩分布，达麻粒岩相，带内普遍有混合岩分布，岩石受动力变质十分强烈，岩石破碎，糜棱岩发育。岩石稀土元素配分曲线的轻稀土元素一侧向右陡倾，与西峡蛇尾地区秦岭群碎屑岩的配分曲线相似。
区内历经多期构造岩浆热事件，加里东期—晋宁期以熔融－柔流变形为主，形成的构造以复合面理和拉伸面理为主导，仅在局部地带见有无根和肠状褶皱；海西期则以韧性剪切、推覆、变形为主。在南、北两大板块拼合作用影响下，发生了同聚合变形，形成了向南倾的“带状片麻岩穹窿”的基本构造格架；燕山期，以脆性剪切作用为主。
与该亚系列矿床成矿有关的海西期基性、超基性岩带由100余个大小不等的岩体组成，在空间上沿桐柏县双山—大河、信阳市卧虎—张家冲一带断续出露，具显著的线形分布特征，展布方向与区域构造线方向一致。
带内由超基性、基性岩体引起的航磁异常呈带状分布，强度高，特别是泰山庙—大河及古城—邢集异常比已探明具中型规模蛇纹岩矿床的卧虎和张家冲异常强度大得多，达780～1000γ，峰值尖锐，异常明显。
二、主要成矿条件分析
该亚系列与西峡晋宁期超基性岩有关的铬铁矿、橄榄岩矿成矿亚系列同属岩浆矿床，主要控矿因素具相似性，岩体的规模、形态、岩石类型、岩石化学成分与控岩构造形迹等与矿化强度密切相关。
（一）构造
矿带受区域性的龟（山）－梅（山）断裂和大河断裂控制，矿床的分布则受次级构造控制，向斜构造和北西向挤压破碎带是成矿的有利部位。双山－大河一带铬、镍、蛇纹岩矿产的分布主要受熬子岭向斜槽部构造控制。信阳卧虎—张家冲一带铬、蛇纹岩系列矿产的分布受北西西向挤压破碎带控制。
（二）超基性岩体特征
1.岩石类型和化学成分特征
该区超基性岩按空间分布规律可分为双山－大河岩群和卧虎－张家冲岩群，岩性主要为辉橄岩类，其次是辉石岩类和角闪岩类。主要岩体岩石化学特征（表3-29）与戴里同类岩石相比，SiO2、MgO明显偏低，从纯橄岩、辉橄岩、橄榄岩、橄辉岩到辉石岩，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O逐渐增高，而Fe2O3+FeO、MgO则逐渐降低。角闪石岩SiO2含量变化较大，Al2O3、Na2O、K2O高，MgO相对低。各岩群的岩石类型和化学成分份特征存在差异，双山－大河超基性岩群分南、北亚群，北亚群岩体多呈脉状，少数呈盆状产出，岩石类型齐全，主要有辉石岩、橄榄岩、橄榄辉石岩，多数岩体已强烈蚀变为蛇纹岩或滑石岩。岩性由西向东，由北向南有变酸的趋势。岩石化学成分，柳树庄一带MgO大多数大于20%，镁铁比值3.8～12.4，多数4～6.5，属铁质超基性岩，少数为镁质超基性岩。双山一带MgO绝大多数小于20%，镁铁比值0.9～4.1，为富铁－铁质超基性岩，不难看出北亚群中MgO含量及M/F比值为北高南低，而蛇纹岩矿床铬、镍矿点主要产于偏北的柳树庄一带。南亚群以单辉辉橄岩、辉石岩、橄榄岩为主，略比北亚群偏基性，但SiO2含量多数大于40%，仍偏酸性，MgO含量均较低，该亚群中最大的，也是唯一形成铬铁矿点的老龙泉岩体以单辉辉橄岩和辉石岩为主，平均含SiO244.99%、MgO22.61%，镁铁比值最高6.50，一般0.96～3.63，属富铁－铁质超基性岩，含少数镁质超基性岩。卧虎－张家冲岩群以斜辉辉橄岩、纯橄岩、橄榄岩、橄辉岩为主。岩石遭强烈蛇纹石化、滑石化、碳酸盐化。岩石化学特征，MgO 9.14%～37.98%,SiO 2平均42.24%～36.84%，镁铁比值1.6～10.5，多数2～6.5，除卧虎岩体中部分为镁质超基性岩外，多数为铁质超基性岩。该岩群以蛇纹岩矿为主，其次为铬铁矿，以卧虎铬铁矿矿石质量最好，达到冶金级富矿要求，而且形成了中型规模蛇纹岩矿床。
表3-29 卧虎—柳树庄超基性岩化学分析结果表
区内超基性岩体岩石化学成分与全国成铬岩体相比（表3-30），SiO2含量多数明显偏高，MgO则大大偏低，CaO、Na2O、K2O相差甚远，M/F比值明显偏低，故未能形成铬矿床。
与全国成镍（铬）岩体化学成分（MgO低，20%～35%,FeO、Fe2O3偏高，SiO2一般35%～38%,Al2O3、TiO2、CaO、Na2O、K2O比成铬岩体高10倍）相比，柳树庄岩体与之接近，是我省目前发现的唯一镍矿点。
综上所述，该亚系列与超基性岩有关的矿产种类、矿床规模、矿石质量与岩石的基性程度有关，一般产于M/F比值大于8的镁质超基性岩中。
表3-30 各岩体中与成矿有关的五种氧化物平均含量表
2.岩体规模、形态
一般情况，岩体规模大、形态变化大对成矿有利。区内以卧虎超基性岩体出露面积最大（1.3km2），呈中间宽、东西两端窄的纺锤形，其次为柳树庄岩体，出露面积0.34km2，岩体形态为蝌蚪状、不规则似盆状。其余岩体，如张家冲、二道沟等，出露面积约为0.0xkm2，相比之下岩体规模小，形态变化不大。前两个岩体中形成了中型蛇纹岩矿及铬、镍矿，后者仅仅形成小型蛇纹岩矿，极少具铬铁矿化。
3.岩体挥发组分含量及变质程度
岩体分异程度高，含挥发组分越高，成矿愈好，变质程度愈高，形成蛇纹岩矿石质量好。柳树庄岩体中SO3含量1.13%、P2O50.05%，分异程度最高（基性度差值0.96），张家冲、卧虎岩体含H2O＞10%。上述岩体不但富含挥发份，而且变质程度强（包括自变质和其他变质），所以不但形成了中—小型蛇纹岩矿，还形成了铬、镍矿。其余岩体中挥发份极少，故成矿作用也相差甚远。
三、成矿特征
（一）矿床式
该亚系列矿化组合为单一的柳树庄式蛇纹岩。柳树庄式矿床的主要特征如下。
（1）与成矿有关的超基性岩体多受背斜、向斜构造及挤压破碎带控制。
（2）岩体以铁质超基性岩为主，少数为镁质超基性岩，SiO2含量偏高，MgO明显偏低，M/F比值多数大于2、小于6.5。但赋矿岩石（或矿石）主要为辉橄岩、橄榄岩、含辉纯橄岩等内部相的富镁质超基性岩，M/F比值一般大于8，多数岩体已强烈蚀变为蛇纹岩或滑石岩。
（3）岩石中与成矿关系密切的SiO2、MgO、CaO、K2O、Na2O含量与我国成镍（铂）岩体平均值接近。
（4）矿床成因，铬、镍属岩浆矿床，蛇纹岩属岩浆期后热液矿床。
（二）桐柏县柳树庄式矿床特征
该亚系列矿床组合的成矿物质来源相同，成矿环境和成矿作用相似。在古生代基性岩浆侵位过程中，伴随岩浆结晶分异作用，形成了铬、镍岩浆矿床，在岩浆期后热液作用下，形成了蛇纹岩矿床。这三种矿产常组成共（伴）生矿床。铬、镍矿床的规模都不大，仅为矿点。蛇纹岩矿床以中、小型为主，但矿石品位均不高。
桐柏县柳树庄矿床特征如下。
1.矿区地质特征
矿区位于双山－大河超基性岩群的北亚带，出露地层为古元古界秦岭群郭庄岩组，主要岩性为斜长角闪片麻岩。岩浆岩主要为海西期柳树庄超基性岩（含云母K-Ar年龄295Ma）。
柳树庄超基性岩体，地表呈东宽西窄蝌蚪状，深部呈不规则似盆状。长1.7km，最宽0.4km。岩石类型主要有辉橄岩、橄榄岩、橄辉岩及辉石岩。岩体分为内部相和边缘相，相带界线清楚。内部相分布于岩体中部，约占岩体的73%，由辉橄岩、橄榄岩、含辉纯橄岩等富镁质超基性岩组成，岩石呈灰白—深绿色，具网环状结构、块状构造，岩石具强烈蛇纹石化，铬尖晶石局部富集成条带状铬铁矿化体，含辉纯橄岩和辉橄岩中含较高的镍（0.2%）、铂（0.096×10-6）元素。边缘相由橄辉岩、辉石岩、透闪—阳起石岩等组成，呈浅绿—深绿色，具纤状变晶或斑状结构，块状构造。
2.矿床地质特征
（1）镍矿属硫化物类型
矿化位于岩体中下部的橄榄岩相中。矿体产状与岩相带、岩体和围岩接触面产状基本一致，矿区共圈出19个镍矿体，最大矿体长115m，厚16m，一般长20～70m。矿体在空间上呈雁行状产出，单个矿体呈透镜状。矿石以浸染状为主，少数为块状。金属矿物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等。脉石矿物主要有橄榄石、顽火辉石、透辉石、金云母、蛇纹岩、透闪石等。矿石一般含硫化物5%～10%，最高可达70%以上；含镍0.25%～0.35%，最高1.23%；含铂0.1×10-6～0.2×10-6，最高0.64×10-6。
（2）蛇纹岩矿
矿体位于岩体的中部和北部的内部相中，全长约1200m，地表宽200～350m。圈出三个蛇纹岩矿体，最长860m，最宽240m，平均宽154m，岩体形态多呈透镜状、带状和脉状，剖面上呈“岩镰状”，可供制钙镁磷肥用的蛇纹岩，主要为已强烈蛇纹石化的含辉纯橄岩、辉橄岩、橄榄岩。岩石MgO最高40.5%，平均32.42%,CaO0.5%～3.7%,SiO222.54%～40.68%，伴生有用元素含量，镍0.25%、铂0.1×10-6，并含有微量铜、钴、铬、金等元素。
四、成矿机理和成矿模式
由于岩浆结晶分异作用，在由辉橄岩、橄榄岩、含辉纯橄岩等富镁质超基性岩组成的内部相中，形成了铬、镍岩浆矿（化）体，他们的形成可分三个阶段：在岩浆成矿的晚期，形成了部分浸染状同生镍矿；在含辉纯橄岩结晶（半）固化阶段沿裂隙贯入形成了条带状铬铁矿化体；在含辉纯橄岩和橄榄岩结晶（半）固化阶段形成了块状镍矿体。在岩浆期后热液的作用下，含辉纯橄岩和橄榄岩发生了强烈的自变质形成了蛇纹岩矿床。