小陈木沟铜镍矿床位于华北克拉通北缘东段的龙岗地块,敦化密山断裂东侧,地处太古宙高级变质区内。矿区地层出露简单,为新太古界夹皮沟群和新生界第四系。岩浆岩发育有太古宙TTG岩系及镁铁质-超镁铁质岩体等。构造以北西向断裂为主。矿区出露8个镁铁质-超镁铁质岩体,矿区内共圈定2条工业矿体,矿体长分别为25m和260m,呈透镜状赋存在11号镁铁质-超镁铁质杂岩体的底边部,岩性以橄榄辉石岩和辉长岩为主,产状较为稳定,矿体走向340°~345°,倾向北东,倾角50°~80°,无明显侧伏,厚度变化较大且从上到下逐渐变窄,底部尖灭。矿石分为浸染状、块状和角砾状矿石,浸染状矿石金属矿物主要有磁铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿,少量黄铁矿;块状矿石和角砾状矿石以“黄铜矿-磁黄铁矿-镍黄铁矿”常见铜镍矿矿物组合为主,磁铁矿、黄铁矿较少,还有极少量的铂族矿物,无钛铁矿。矿石结构发育海绵陨铁结构,共生边结构,固溶体分离结构,交代结构等。脉石矿物主要为辉石、长石,少量橄榄石、角闪石。橄榄辉石岩和辉长岩中的辉石发生自变质转变为绿帘石、蛇纹石、滑石等,橄榄辉石岩也遭受后期热液交代,局部发育绿泥石化和碳酸盐化等。硅酸盐矿物电子探针结果显示:小陈木沟镁铁质-超镁铁质杂岩体中的辉石为普通辉石,斜长石为拉长石和倍长石。根据金属矿物镜下特征并结合电子探针和扫描电镜结果:认为角砾状矿石和块状矿石在矿物组成、矿物元素特征等方面相近。矿石中磁黄铁矿为岩浆成因,磁黄铁矿无黄铁矿出溶,并且单斜晶系和六方晶系共存,可能与成矿过程中快速降温有关。浸染状矿石中磁铁矿的钛含量较高,并出溶钛铁矿,块状矿石和角砾状矿石中磁铁矿的钛含量较低,无钛铁矿出溶。黄铁矿形成于热液期。黄铜矿Ni含量较低,镍黄铁矿Cu含量较高,结合矿石中Cu 比Ni品位高及黄铜矿比镍黄铁矿含量多,表明小陈木沟铜镍矿床具有铜比镍富的特征,这与镁铁质-超镁铁质基性程度较低有关,同时表明地幔部分熔融程度较低。小陈木沟辉长岩地球化学特征显示为过铝质、钙碱性系列,Pt、Pd、Rh相对富集,Ir、Rh相对亏损,符合镁铁质-超镁铁质侵入体的PGE配分模式。辉长岩的锆石U-Pb年龄为(2589±10)Ma,岩体和矿体为同生关系,即小陈木沟铜镍矿床形成时代为新太古代晚期。在弧陆碰撞后的伸展环境下,岩石圈地幔受俯冲物质交代作用部分熔融形成镁铁质-超镁铁质岩浆,在深部岩浆房经过分离结晶和地壳混染作用,硫化物开始熔离,逐渐汇合变大,在重力影响下,岩浆熔体分离成含少量金属硫化物的硅酸盐熔体和金属硫化物熔体两部分。在构造动力作用下熔体上升至顶部空间结晶成矿,形成熔离-贯入式矿体。