大山头南铜镍矿化基性-超基性杂岩体位于北山褶皱带东段,侵位于长城系古硐井群变质岩中。岩相分带明显,主要包括花岗闪长岩-闪长岩相、辉长岩-橄榄苏长辉长岩相和橄榄二辉岩-纯橄岩相。铜镍矿化主要赋存于橄榄二辉岩-纯橄岩相中。岩石化学特征显示K2O、Na2O、TiO2含量较低,Mg#值介于0.74~0.85之间,MgO/FeOT的值介于1.6~3.1之间,属于铁质镁铁-超镁铁岩;AFM图解显示该岩体具拉斑玄武岩的演化趋势;稀土元素总量较低,介于6.37×10-6~37.51×10-6之间;稀土元素标准化配分曲线表现为轻稀土元素稍富集的右倾型,LREE/HREE比值介于3.03~4.11之间,轻重稀土发生了明显的分馏;采用SHRIMP锆石U-Pb方法,获得杂岩体辉长岩中锆石U-Pb年龄为374.3±3 Ma(MSWD=0.92),表明该岩体侵位于中晚泥盆世,与形成大型镍矿床的黑山岩体年龄一致,形成于洋壳俯冲阶段。该年龄的获得不仅对北山乃至中亚造山带地质构造演化具有重要意义,而且也为北山褶皱带东段铜镍找矿提供了新的方向。