直河铜矿位于北祁连构造带中东段冷龙岭火山岩带内,铜矿化主要赋存在基性火山岩(细碧岩)中,并有喷流岩(碧玉岩)相伴生,矿石类型主要为块状铜矿石,属于塞浦路斯型块状硫化物矿床。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得赋矿细碧岩年龄为(457.1±2.8)Ma,表明成岩时代为晚奥陶世。细碧岩TiO₂含量(质量分数,下同)为1.12%~1.37%,介于岛弧拉斑玄武岩和洋脊玄武岩之间,强烈富集大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,类似岛弧火山岩特征,而稀土元素配分模式呈平坦型轻稀土元素亏损特征,与洋脊玄武岩(N-MORB)类似,其地球化学特征介于岛弧和洋脊玄武岩之间,显示其产出于弧后盆地环境。直河铜矿含矿火山岩钠化较强(Na₂O含量大于4%),说明水-岩交换反应强烈,循环对流热液体系可从海底火山岩中溶滤出的金属成矿物质较多,显示出较好的成矿潜力。直河塞浦路斯型铜矿与同处于冷龙岭火山岩带的银灿黑矿型铜锌铅矿、浪力克次火山岩型铜矿、毛藏寺斑岩型铜钼矿共同构成了奥陶纪弧-盆成矿系统。