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Le dépôt de thorium et terres rares (Th-TRs) de Morro do Ferro est d'origine secondaire; il a été formé sous des conditions d'altération latéritique. Le minerai forme un corps composé de lentilles argileuses peu profondes, allongées NW-SE, descendant du sommet de la colline le long de son versant SE. Le dépôt est coiffé d'un réseau de veines de magnétite qui a protégé d'une érosion excessive la roche d'accueil argileuse et fortement altérée. La roche avoisinante est constituée d'une séquence d'intrusions de phonolite subvolcanique, fortement altérée par des processus de nature hydrothermale et secondaire.
Les analyses pétrographiques, minéralogiques et géochimiques, ainsi que les bilans de masse, indiquent que la roche d'accueil fortement altérée était à l'origine une carbonatite, riche en Th-TRs par rapport aux roches silicatées voisines. L'intrusion de la carbonatite a produit à son contact une fénitisation des phonolites, à savoir une altération potassique suivie d'une minéralisation de Th-TRs en veines, accompagnés de fluorite, carbonates, pyrite et zircons. L'altération latéritique a ensuite complètement détruit la carbonatite, formant un enrichissement résiduel secondaire de Th-TRs.
La première altération de la carbonatite produisant des solutions enrichies en carbonates et phosphates a pu réduire notablement la dissolution des phases primaires de Th-TRs. Une altération très oxydante a conduit au fractionnement entre le cérium et les autres terres rares légères (TRLs); le Ce3+ est oxydé en Ce4+ et retenu avec Th dans la formation de minéraux secondaires et dans l'adsorption sur les hydroxydes de fer et d'aluminium mal cristallisés. En revanche, les TRLs trivalentes sont retenues à un moindre degré et donc plus disponibles pour la formation de minéraux secondaires et pour l'adsorption à des profondeurs plus grandes dans le profil d'altération. Des fluctuations saisonnières des eaux de recharge pourraient expliquer dans ce profil la répétition de zones enrichies en Th-Ce surmontant de zones enrichies en TRLs trivalentes.