前面有关白云岩和相关岩石元素、同位素地球化学研究结果表明，矿床形成与正常沉积过程无关；成矿物质可能来自地幔深部大约670km不连续界面下部或更深部位；微量元素和同位素组成类似大洋碱性玄武岩，并且和侵入地层的碳酸岩脉的物质组成十分类似。矿床元素成分复杂，高场强大离子不相容微量元素含量高，矿石类型多种多样，近于120°粒状镶嵌结构，块状、条状构造，都与正常沉积岩不能比较。
矿区白云岩呈层状产出，是矿区主要赋矿岩石。按矿物组成矿区白云岩可分出白云石或铁白云石白云岩、方解石-白云石白云岩及方解石白云岩等三类。三类岩石间无明确界线，肉眼难以分开。主矿、东矿体附近主要分布上述第一类岩石，按矿物粒度白云岩大体可分出粗晶白云岩及细晶白云岩两类。前者矿物粒度约0.5～3mm，矿物多作他形，由于受挤压变质，常呈定向排列的短条形，菱形解理发育（图版10-1）。粗晶白云岩分布于主矿、东矿体外围，直接与北侧长石石英砂岩接触。细晶白云岩，矿物粒度约0.02～0.5mm，多作多边形粒状，颗粒间接触边界平直，常见120。均分3个颗粒的三连晶结构（图版10-2）。细晶白云岩直接分布在主矿、东铁矿体周围，与矿体间为渐变过渡。白云岩的主要组成矿物为白云石和铁白云石，含量约70%～90%，次要矿物有方解石、磁铁矿、萤石、钠闪石及钠铁闪石，少量矿物有金云母、重晶石、钠辉石、菱铁矿、赤铁矿、磷灰石、黄铁矿、微斜长石、石英及镁橄榄石。白云岩稀土矿物大量发育，主要是独居石和氟碳铈矿。据周振玲（1980）研究，细晶白云岩较粗晶白云岩富Fe、Mn、REE以及F、H2O，而Ca、Mg、P及CO2的含量相对较低。细晶白云岩含大量稀有元素及挥发分元素，与矿体在空间上，组成上、甚至成因上关系更为密切。
矿区白云岩广泛受到后期矿物交代。镜下可见，细晶白云岩钠闪石化现象，钠闪石呈自形晶穿插白云石（图版10-3）。有的钠闪石晶体中可见到早期白云石残余。钠辉石化现象，钠辉石集合体呈网状细脉穿插在白云岩中（图版10-4），明显生成较晚。在细晶白云岩中，萤石细脉（图版10-5），磁铁矿细脉－浸染体（图版10-6）发育，独居石集合体呈细脉－浸染体分布（图版10-2）。它们都明显挤压、穿插、溶蚀早期白云石。
前面已提到，白云岩分粗晶及细晶白云岩两类。粗晶白云岩中的白云石呈他形或短条形，细晶白云岩中的白云石呈多边形粒状。如果上述钠闪石等矿物的交代现象属于不同性质矿物的交代，两种白云石形态特征间的差异，尤其是一种白云石对另一种白云石的溶蚀交代、更显出自交代特征。在野外两类白云岩间无明晰界线，关系不清，但在镜下细晶白云石交代溶蚀粗晶白云石的现象十分清楚。晚期细晶白云石或呈细脉穿插在粗晶白云岩中（图版10-7），或呈集合体围绕粗晶白云石颗粒网脉状分布（图版10-8）。在细晶白云岩中可见粗晶白云石残余（图版10-9,10-10），细晶白云石晶体清晰，粗晶白云石晶体表面模糊，边缘被溶蚀残缺不全。前面也提到白云岩的组成矿物中有方解石，图版10-11示白云岩中的方解石细脉。方解石白云岩可能晚于细晶白云岩，而细晶白云岩又多半晚于粗晶白云岩。在矿区西矿方解石白云岩发育地区采集标本在镜下见有具鲕状构造的方解石（图版10-12）。其他蚀变矿物的形成顺序，因未见其相互关系和存在多世代蚀变，不十分清楚。从产状及矿物共生判断，蚀变矿物的形成顺序大致是：钠闪石→钠辉石→萤石→磁铁矿→独居石。
白云岩中早期矿物被晚期矿物挤压、穿插、溶蚀、交代，都是属于自交代现象。因为所见到的交代矿物与外部或深部的成岩成矿作用没有直接联系。上面列举的细脉，宽度一般不到1mm，长度也不大，延长不远就在岩石本身尖灭。事实上，矿区白云岩中主要见到较厚大的碱基性外来岩脉的穿切，镜下见到的细脉都是岩浆本身发展演化的产物。
岩石的自交代作用指的是岩浆岩本身的一种蚀变交代作用，常见于浅成的矿化花岗岩及喷出的矿化流纹岩中。我国南方一些W、Sn、Nb、Ta、REE矿化花岗岩及Be、REE矿化流纹岩中常见有这种自交代现象，如钾长石化、钠长石化、云英岩化、黄玉化、萤石化以及硅化、绢云母化等。自交代蚀变多见于岩体顶部。蚀变矿物在岩石中呈浸染状或细脉浸染状分布。蚀变岩石具熔融、穿插、假象及变晶等结构。这些现象是一般沉积岩或沉积变质岩中见不到的。其他地区的白云岩也未见有类似的研究报道。
与矿化花岗岩和矿化流纹岩的成因类似，矿区细晶白云岩的形成可看作是粗晶白云岩岩浆先期冷凝固结，含矿碳酸岩岩浆进一步演化，挥发分及成矿元素进一步富集的结果。富含大量挥发分的碳酸岩岩浆，一方面继续冷凝固结形成细晶白云岩；一方面交代熔融已固结的粗晶白云岩。伴随着细晶白云石交代粗晶白云石，钠闪石、萤石等也相继熔蚀交代粗晶白云石。细晶白云岩富含大量F、H2O及CO2等挥发分元素。形成岩石的岩浆不同于一般的硅酸盐岩浆，而是一种强烈富集大离子亲石不相容微量元素和挥发分的碱性-碳酸岩岩浆。这种岩浆有可能是呈熔体-溶液的过渡状态或混合状态存在。
粗晶白云岩是碱性-碳酸岩岩浆结晶早期阶段的产物，细晶白云岩是岩浆演化晚期熔体-溶液阶段结晶的产物，这一认识已有其他学者作过类似的论证。Smith等通过白云鄂博矿床不同产状稀土矿物的La/Nd比值研究，认为早期不同产状的稀土矿物形成于不同状态和性质的流体（Smith,2000）。在此认识基础上。王凯诒等通过矿区碳酸岩墙岩石的（La/Nd）n、（La/Y）n、（La/Yb）比值研究，认为早期碳酸岩墙的形成相应于早期岩浆阶段，晚期碳酸岩岩墙的形成相应于岩浆演化的晚期热液阶段（王凯怡，2002）。Le Bas（1997）等通过岩石O、C、Sr同位素研究，指出粗晶白云岩是火成碳酸岩，细晶白云岩是在矿化溶液影响下晶出的。王希斌等（2002）认为，白云鄂博矿床赋矿岩石是一套典型碱性-碳酸岩杂岩，并根据CaO-MgO-（FeO+Fe2O3+MnO）三端员组分，把矿区白云岩划分为钙质碳酸岩和镁质碳酸岩两大类。