木龙沟和黑山矿床位于陕西洛南地区，是两个较典型的镁矽卡岩型铁矿床，前者还伴有钼、铜、锌矿化。陕西地质局十三地质队对这两个矿床进行了评价和勘探工作。1970～1972年，赵一鸣等(1982)曾对矿床成矿地质特征、镁质接触交代现象和找矿标志等问题，进行过较详细的研究。近几年来，又补充作了部分室内研究工作。
(一)成矿区域地质背景
矿区出露地层主要为中新元古界龙家园组和巡检司组厚层燧石条带白云岩，它也是成矿的主要围岩。根据22个岩石化学分析资料，白云岩含MgO很高，平均为21.1%，接近纯白云岩的理论值。镁质碳酸盐围岩的存在是形成本区镁矽卡岩的先决条件之一。
在区域构造位置上，成矿区位于秦岭东西向复杂构造带的东段路家街向斜的两翼，该向斜的核部由中寒武统构成，岩性为页岩夹鲕状灰岩;两翼由中新元古界高山河组石英岩和龙家园组、巡检司组燧石条带白云岩等地层组成，产状平缓，倾角为10°～20°。
主要大断裂均呈东西方向展布，所不同的是木龙沟矿区在近东西向断裂上叠加了北北西向断裂，而黑山矿区叠加了北东向断裂。中生代小侵入体的生成，严格受这些断裂的交叉部位控制。
区内10余个中酸性小侵入体皆出露于路家街向斜北翼和南翼的有关断裂部位，大多数同龙家园组、巡检司组燧石条带白云岩等呈不整合侵入接触，个别侵入于中寒武统泥质条带灰岩等地层中。其出露面积大部分小于1km2。它们呈岩株、岩筒状产出。
这些岩体的岩石类型有:辉石闪长岩、石英闪长岩、石英二长岩、闪长玢岩、花岗闪长斑岩和流纹斑岩等，其中以闪长岩类居多，花岗闪长斑岩次之。
辉石闪长岩:主要见于店门、下斜、秦子沟和坡相沟等地。岩石具中粒结构，由斜长石60%～70%、单斜辉石5%～25%、黑云母和少量角闪石组成，含较多量的磁铁矿，其他副矿物还有榍石和磷灰石。斜长石具正环带结构，中心An50～75，边缘An20～33，接触带可见岩浆期镁矽卡岩。
石英闪长岩:见于黑山杨沟、周家沟和石庄沟。岩石具有中细粒结构，由斜长石(An30～50)45%～60%、钾长石10%～30%、角闪石+黑云母10%～15%和石英5%～20%组成。岩体分相较清楚，由中心向边部常由石英闪长岩过渡为石英二长岩和石英正长闪长岩，大部分岩体接触带有镁矽卡岩磁铁矿化产出，但规模不大。
花岗闪长岩:组成木龙沟、大沟、八宝山(中心相)和庙沟等岩体。岩石具有斑状结构，斑晶由少量斜长石(An30～35)、钾长石36%～44%、角闪石5%～10%、黑云母7%和石英1%～3%组成，基质为显微花岗变晶结构，由钾长石和石英组成。在接触带常有中、小型镁矽卡岩铁钼多金属矿床产出，而在岩体中往往有斑岩型铜钼矿化。
上述各类岩石的化学成分见表14－6。
表14－6 木龙沟、黑山矿区主要侵入岩化学成分单位:%
注:分析者为原地质矿产研究所八室(据赵一鸣等，1982)。
关于岩体的侵入时代，严阵等(1986)测得木龙沟、坡相沟、杨沟等几个小岩体黑云母、角闪石K－Ar法等时线年龄为142Ma，与北部金堆成含钼花岗岩斑岩的年龄一致，均属于燕山期。
岩体同化混染的程度，以辉石闪长岩类最强，石英闪长岩次之，花岗闪长岩和花岗斑岩较弱，即随着岩石基性程度降低，同化混染作用显著减弱，而岩体本身的蚀变和矿化强度则与之相反。
本区11个中酸性小岩体中，花岗闪长斑岩成矿较好，石英闪长岩次之，辉石闪长岩未见矿化。在豫西10个中酸性小岩体中，铁铜铅锌矿床多产于花岗闪长斑岩(花岗斑岩)接触带，而4个闪长岩体未见具工业意义的矿化。在华山花岗岩的西南接触带和蟒岭花岗岩南接触带，各形成一个小型矽卡岩型铁铜矿床。由此可见，从大范围看，东秦岭地区也是以偏酸性的岩体对成矿较有利。
(二)矿化特征
1.矿化类型和矿化分带
木龙沟矿区是一个以铁为主，伴有钼、铜、锌等多种金属的矿床。矿区内320°～340°方向的一组压性破碎带和近东西向构造复合，构成了一组北北西向的构造－岩浆活动带，自北至南，有5个小岩体呈串珠状分布。主要矿体产于花岗闪长斑岩小岩株外接触带镁矽卡岩中。
(1)磁铁矿矿体
磁铁矿矿体主要赋存在透辉石－镁橄榄石矽卡岩和硅镁石矽卡岩中，呈透镜状、似层状，不规则状等成群出现(图14－12)。少数矿体产于蛇纹石化白云石大理岩内。矿体的规模和镁矽卡岩的发育程度成正比。矿体在镁矽卡岩中分布不很均匀，这是由于磁铁矿的大量沉淀发生在镁矽卡岩带的某些构造上有利地段之故。矿石品位:TFe30.41%。
(2)辉钼矿矿化
辉钼矿矿化在木龙沟矿区较发育，具有较大工业意义。
辉钼矿一般呈细脉浸染状或薄膜状鳞片集合体交代蚀变花岗闪长斑岩或内带透辉石－石榴子石矽卡岩。在透辉石－镁橄榄石磁铁矿和透辉石矽卡岩中有时也能见到较好的矿化。与辉钼矿化有关的围岩蚀变现象，主要为较晚期的低温沸石化、碳酸盐化、黄铁矿化和硅化等。辉钼矿含量的多少，似与被交代围岩岩性有一定关系。其中以交代透辉石－石榴子石矽卡岩和石榴子石花岗闪长斑岩者品位最佳。
(3)黄铜矿矿化和闪锌矿矿化
黄铜矿、闪锌矿常和磁黄铁矿、黄铁矿等金属硫化物伴生，主要产于外带镁矽卡岩和磁铁矿矿体内，局部也见于蛇纹石化大理岩中，它们一般呈散晶、不规则状细脉、网脉或团块交代镁橄榄石、斜(粒)硅镁石、透闪石、磁铁矿、磁黄铁矿和早期黄铁矿。闪锌矿的含铁量较高，TFe含量达11.38%～12.65%，属铁闪锌矿。
上述各类金属矿化自岩体到未蚀变的白云岩具有如下不完整的水平分带性(图14－12，14－13)。
1)细脉浸染型辉钼矿化主要产于内带透辉石－石榴子石矽卡岩和蚀变花岗闪长斑岩中。
图14－12 陕西木龙沟铁钼多金属矿床地质略图(据陕西地质局十三地质队修改)
2)镁矽卡岩型磁铁矿体产于岩体的外接触带透辉石镁橄榄石(或斜硅镁石)矽卡岩内。
3)镁矽卡岩型铜、锌矿体主要产于距主干岩体稍远的镁矽卡岩或变镁矽卡岩(蛇纹石化)中，本带和第二带呈渐变过渡关系。
4)距接触带有一定距离的东南部燧石条带白云岩中有热液型铅锌矿体，矿体产于层间碎带;另外在白云岩中有好几处发现有锰矿化，硬锰矿和软锰矿共生，呈脉状充填交代白云岩中的裂隙。
此种分带性说明随着离岩浆源距离不同和含矿溶液的演化，形成矿物组合的温度也相应降低，也基本符合成矿元素离子半径逐渐增大的规律。由于成矿阶段的多期性，较低温的矿物组合又可重叠在高温矿物组合之上，矿化的垂直分带现象在木龙沟矿区不明显。
与石英闪长岩类有成因联系的黑山矿区，矿化类型比较单一，主要为磁铁矿矿化、局部有少量硼镁铁矿矿化和铜矿化，但后两者均无工业意义。
2.矿石物质成分和结构构造
木龙沟矿区的矿石金属矿物主要为磁铁矿，次为镁铁矿、镁磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、铁闪锌矿、辉钼矿，含少量假像赤铁矿、白铁矿等。非金属矿物主要有镁橄榄石、斜(粒)硅镁石、透辉石、蛇纹石，次为金云母、白云石、方解石、镁绿泥石、透闪石和石榴子石等。黑山矿区矿石主要由磁铁矿组成，次有假像赤铁矿、黄铁矿，含少量黄铜矿、斑铜矿和硼镁铁矿，非金属矿物和木龙沟矿区矿石中的基本相似。
图14－13 木龙沟铁钼多金属矿床七线地质剖面(据赵一鸣等，1974)
矿石的交代结构和构造十分发育，主要有以下一些。
似海绵陨铁结构:磁铁矿、铁闪锌矿等金属矿物集合体交代等粒状镁橄榄石、斜硅镁石或透辉石等镁矽卡岩矿物。
出溶结构:磁黄铁矿、黄铜矿在闪锌矿中呈乳滴状固溶体分解物。
交代残留结构:铁闪锌矿、磁黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物及假像赤铁矿交代磁铁矿，留下磁铁矿残晶。
浸染状构造:磁铁矿粒状散晶交代镁矽卡岩或大理岩，辉钼矿呈细小叶片状自形晶交代花岗闪长斑岩或花岗斑岩均能形成这类构造。
条纹(条带)状构造:磁铁矿沿大理岩层理交代，和镁矽卡岩矿物、碳酸盐矿物等互间组成条纹或条带。
角砾状构造:磁铁矿交代大理岩或镁矽卡岩、角砾岩时以胶结物状态出现。
环带状构造:磁铁矿呈同心圆环带状交代大理岩。
网脉状构造:镁橄榄石磁铁矿呈细网脉交代穿插透辉石矽卡岩或白云石大理岩。
(三)镁质接触交代作用和热液蚀变作用
本区镁矽卡岩型磁铁矿矿床多产于中酸性侵入体与白云岩类围岩接触的外带。矿体附近广泛发育各类交代岩。在外带主要发育镁矽卡岩、蚀变镁矽卡岩和以富镁含水硅酸盐类矿物为主的热液蚀变岩石;而在内接触带则为钙矽卡岩(局部有镁矽卡岩)、钾(钠)长石化交代岩和其他热液蚀变岩石。各类交代岩石在时间上往往先后重叠，在空间上大多有明显的分带性。交代矿物的成分和矿化常有较密切的联系。现将各类交代岩石的特征及其与矿化的关系简述于下:
1.岩浆期镁矽卡岩
对本区几个无矿小侵入体作了调查后，发现这些岩体接触带的变质(交代)岩石主要属于岩浆期接触变质角岩和岩浆期镁矽卡岩，前者如黑云母－辉石－钾长石角岩、黑云母－透辉石角岩、黑云母－钾长石角岩等，后者如铝透辉石矽卡岩、尖晶石－铝透辉石矽卡岩和尖晶石－镁橄榄石矽卡岩等。
上述角岩和岩浆期镁矽卡岩等均产于外接触带，与其直接接触的岩浆岩本身无矽卡岩化现象，仅见一些同化混染特征。这说明，角岩和岩浆期镁矽卡岩等是在岩浆尚未完全结晶凝固之前形成的，内接触带岩浆岩所发生的某些共熔关系的变化，是由于岩浆对碳酸盐围岩同化混染所致。
关于岩浆期镁矽卡岩的矿物成分、光性.物性、化学成分及分带特征等详见本书第七章第一节。
2.岩浆期后镁矽卡岩
岩浆期后镁矽卡岩在木龙沟和黑山矿区均较发育，厚度最大可达10m至100余米。一般外带镁矽卡岩的厚度比内带钙矽卡岩要大得多。说明溶液主要是从岩浆岩向碳酸盐围岩进行单向渗滤，即交代方式以渗滤型为主，扩散作用占次要地位。
(1)外带镁矽卡岩
根据矿物组合的不同，外带镁矽卡岩可分为以下3类:
1)透辉石矽卡岩:分布最广，成分单一，浅黄—灰色，致密块状构造，显微花岗变晶结构，由细粒(0.1～2mm)透辉石集合体组成。由于重结晶作用，局部有较大的柱状透辉石，透辉石根据其光性和化学成分应属于纯透辉石(见表7－1，7－2)。
2)镁橄榄石矽卡岩:灰绿色，经蛇纹石化后变成绿黑色，常含磁铁矿，或成为磁铁矿矿石。磁铁矿常沿镁橄榄石粒间交代，形成似海绵陨铁结构。
3)斜(粒)硅镁石矽卡岩:常和磁铁矿紧密共生(照片32)，但有时也可见到磁铁矿交代粒硅镁石的现象。
4)金云母矽卡岩;主要产于外带，可与镁橄榄石、磁铁矿、白云石、蛇纹石等矿物共生。在内带，金云母有时也呈不规则脉状、团块状交代透辉石化花岗闪长斑岩等。因此，金云母形成时间较长，从岩浆期后镁矽卡岩到高温热液阶段均可产生，但大部分金云母形成于镁矽卡岩晚期，和磁铁矿紧密共生。
本区铁矿床中金云母的折光率一般较低，Ng=Nm=1.578～1.589，相当于含铁系数(fm)0～8。单矿物化学分析结果见表7－4。
(2)内带镁矽卡岩
这类矽卡岩分布不广，其矿物成分主要为尖晶石、透辉石、金云母、基性斜长石(An65～85)和钾长石，含少量磷灰石。该带厚一般1～6m。
3.岩浆期后内带钙矽卡岩及其旁侧的钾(钠)交代现象
(1)内带钙矽卡岩
此带在木龙沟和黑山矿区均较发育，它紧挨外带镁矽卡岩，呈不规则状、团块状或脉状交代岩浆岩，其厚度变化从几厘米到几十米不等。
钙矽卡岩的矿物成分主要是含铁的钙铝榴石和透辉石，其次为基性斜长石(An84～96)、钾长石、方柱石等，经常含微量(1%～2%)磷灰石和榍石。
石榴子石是内带最重要的矿物，浅棕色，呈块状集合体，其中常有短柱状透辉石的包裹体。根据化学分析和光性测定结果，应属含铁的钙铝榴石(含23%～53%钙铁榴石分子)。
透辉石是内带矽卡岩和矽卡岩化岩体中分布较广的矿物。根据光性特征，主要应属于透辉石(含20%～39%钙铁辉石分子)。在内带钙矽卡岩中，石榴子石和次透辉石紧密共生。
(2)内矽卡岩旁侧岩浆岩中的钾、钠交代现象
本区铁矿床内矽卡岩带旁侧的中酸性岩浆岩中，普遍伴有钾(钠)交代现象，主要表现为钾长石化，其次是黑云母化、方柱石化等。由于它们分布范围比内矽卡岩还要广，而且与矿化关系十分密切，因此也是较重要的找矿标志之一。
钾长石化在木龙沟矿区分布较广，主要发育于接触带的花岗闪长斑岩内，常叠加有晚期的碳酸盐化。钾长石化较轻微的花岗闪长斑岩中，往往伴随黑云母化现象，形成交代细脉。当溶液中钾的浓度增高时，暗色矿物黑云母和副矿物磁铁矿全部消失，角闪石被透辉石所交代，细粒(0.2～0.4mm)新生的钾长石集合体代替了花岗闪长斑岩的微粒石英和钾长石基质，但还保留了斜长石斑晶，当钾的化学势增高时，形成辉石钾长石岩或伴有多量白云石的钾长石岩。
在黑山周家沟矿段，钾长石和透辉石－石榴子石－方柱石矽卡岩紧密共生，并广泛发育在靠近内矽卡岩的石英闪长岩中。方柱石的折光率为No=1.552，Ne=1.536，属于针柱石。
4.热液蚀变现象
与矿化关系较密切的岩浆期后镁矽卡岩和钙矽卡岩，常叠加有较多量的晚期含水硅酸盐类热液蚀变矿物。交代外矽卡岩或白云岩的热液蚀变矿物一般有蛇纹石、透闪石、阳起石、金云母、镁绿泥石和滑石等;但在内矽卡岩及其旁侧的岩浆岩中，主要为绿帘石、黝帘石、褐帘石、绢云母、沸石类、高岭土和绿泥石等。石英和方解石、白云石等碳酸盐矿物在内外带均可出现。
下面就4类具有普遍意义的蚀变现象———蛇纹石化、金云母化、硅化和沸石化着重加以叙述。
(1)蛇纹石化
蛇纹石化是本区镁矽卡岩型铁矿床中最重要的热液蚀变现象，分布于铁矿体、外带镁矽卡岩和白云质大理岩中。
在磁铁矿矿体和近矿外带镁矽卡岩中，蛇纹石经常交代镁橄榄石和硅镁石族矿物，形成交代残余结构;有时呈细网脉状交代镁橄榄石颗粒。当交代强烈时，镁橄榄石完全被蛇纹石所代替，但保留其粒状假像。
在白云质大理岩中，蛇纹石大多选择性地交代白云岩中的燧石条带，但局部也有沿大理岩裂隙呈不规则脉状交代的。
木龙沟、黑山矿区远矿和近矿蚀变围岩中的蛇纹石在颜色、光性和成分上呈有规律的变化，该矿物的含铁性在矿石和近矿蚀变带中较高，而且在远矿和无矿交代岩中则很低。远矿蚀变带和过渡带的蛇纹石基本上不含铁(TFe< 0.01%)，属于利蛇纹石;近矿蚀变带和矿石中的蛇纹石含铁量增多(TFe=1.38%～238%)，大多为叶蛇纹石，少量属胶蛇纹石。
(2)金云母化
如前所述，金云母形成的时间较长，从镁矽卡岩晚期开始一直到高温热液阶段均有产出，和磁铁矿在时空成因上关系密切，在内外带都可能出现。
(3)硅化
在木龙沟矿区，硅化普遍见于较大的花岗闪长斑岩岩枝中。当交代轻微时，石英细脉沿岩体节理裂隙交代，原岩结构和矿物成分仍可辨认。硅化强烈时，往往变成单矿物石英微粒集合体———硅化岩。
(4)沸石化
它是较晚期的低温热液蚀变产物，广泛分布于木龙沟和黑山周家沟岩体及内矽卡岩中。其种类有菱沸石、方沸石、片沸石、辉沸石和浊沸石等。其中以菱沸石和方沸石最为常见。
菱沸石、片沸石、方沸石和辉沸石等都是含钠的含水硅酸盐矿物，这类矿物的大量出现，说明在成矿作用晚期钠质交代作用占了优势地位。
(四)成矿作用阶段
本类型铁矿床的形成大致可分为以下4个阶段:
1.接触热变质作用和岩浆交代作用阶段
由于花岗闪长斑岩或石英闪长岩岩浆的侵入，使接触带的镁质碳酸盐岩围岩重结晶，成为白云质大理岩，局部出现方镁石和尖晶石等高温富镁矿物;钙质页岩或泥质灰岩则变为角岩或角页岩。在内接触带，由于岩浆的交代作用，有时形成透辉石－基性斜长石岩。
2.岩浆期后矽卡岩阶段
岩浆凝固以后，在构造有利地段，由于上升的高温溶液作用于接触带岩石，使其发生接触交代作用。在外带首先形成大量透辉石矽卡岩，随后又形成镁橄榄石矽卡岩和斜(粒)硅镁石矽卡岩，并伴有多量磁铁矿。在内带，较早发生的是钾长石化和透辉石化作用，进而形成透辉石－石榴子石矽卡岩。
3.高中温热液作用阶段
在此阶段内继续生成磁铁矿，与它有关的交代矿物主要为金云母、透闪石和蛇纹石。随着溶液中硫浓度的增高，磁黄铁矿、早期黄铁矿和铁闪锌矿等金属硫化物先后晶出，往往交代早期形成的磁铁矿－镁橄榄石矽卡岩或磁铁矿－斜硅镁石矽卡岩;在内接触带则形成辉钼矿。
4.中低温热液作用阶段
主要形成黄铜矿和晚期黄铁矿等金属硫化物，相应的蚀变矿物有石英、沸石、绿泥石、绢云母、方解石和白云石等。最晚生成的是充填于白云岩裂隙中的铅锌矿脉和锰矿脉，属于成矿作用的尾声。
不同成矿阶段的矿物共生组合表明，岩浆期后含矿溶液随着成矿作用过程的发展而逐渐变化，总的趋势是:碱→酸→碱。早期矽卡岩阶段在内带岩浆岩中常伴有较强的钾长石化或方柱石化，说明溶液性质是偏碱性的;随着磁铁矿、金属硫化物及伴随的硅镁石、金云母、透闪石等含氟矿物的晶出，标志着溶液由碱性变为酸性或弱酸性;较晚期的中低温含水硅酸盐(如沸石类、绢云母等含钠、钾矿物)的大量出现，反映了晚期溶液又以碱性占优势。