Le Morvan, prolongement nord du Massif central français, est un élément de la chaîne hercynienne.

Les terrains les plus anciens sont constitués de roches métamorphiques, principalement des gneiss. On a pu estimer, par analogie avec ce qui est connu ailleurs, que c'est une vieille série briovérienne (Précambrien) qui a été métamorphisée, il y a plus de 400 millions d'années.

Ce métamorphisme s'est accompagné localement de fusion partielle qui se traduit par la présence de migmatites.

 

 

Du Dévonien supérieur jusqu'au Viséen inférieur (Carbonifère inférieur), entre 375 et 350 millions d'années, une sédimentation de plate-forme (milieu marin peu profond) s'installe sur le socle métamorphique érodé (c'est la série de la Somme). Il se dépose alors des calcaires, des argiles et des grès (figure 1). En même temps, une intense activité volcanique se manifeste par des émissions de basaltes et provoque des coulées sous-marines boueuses à éléments volcaniques qui s'intercalent dans les sédiments argilo-gréseux.

 Au Viséen supérieur, à partir de 350 millions d'années, se produit une nouvelle phase de fracturation des terrains (figure 2). Se mettent alors en place de puissantes formations volcaniques connues sous le nom de tufs orthophyriques ou anthracifères. Dans ces tufs, on retrouve des débris de charbon et des dépôts terrigènes, ce qui indique que pendant cette période pouvaient se développer de petits bassins houillers à sédimentation argilo-gréseuse. Ces matériaux sont en discordance (c'est-à-dire qu'ils se déposent horizontalement sur d'anciens dépôts basculés puis érodés) sur la série de la Somme. Cet épisode de grande activité tectonique voit aussi la mise en place de filons et de nappes de microgranites en intrusion dans les tufs. 

 

Entre 345 et 300 millions d'années se développent, en profondeur, des plutons granitiques que l'on peut séparer en deux ensembles (figures 3) :

 

 

 

- tout d'abord, les granodiorites et granites à biotite, divisés en deux principaux massifs qui sont le massif des Settons, au nord du Morvan, et le massif de Luzy, au sud. La composition chimique (calco-alcaline) de ces granites indique qu'ils proviennent de magmas mixtes issus du manteau et de la croûte continentale et qu'ils se sont formés en contexte distensif ;

- le deuxième groupe est constitué par des granites à biotite et muscovite, ou leucogranites. Moins étendus que le granite à biotite, on distingue deux massifs : l'un au nord (massif de la Pierre-qui-Vire) et l'autre au sud du bassin d'Autun (massif de Mesvres). La composition chimique de ces granites indique qu'ils proviennent d'une fusion de la croûte.

 

A partir du Stéphanien, on retrouve des dépôts dans des bassins intramontagneux limités par des failles est-ouest (figure 4). On en dénombre trois : au nord du Morvan, le bassin de Sincey-lès-Rouvray, le bassin d'Epinac à l'est d'Autun et le bassin de Blanzy - Montceau au sud. Dans ces bassins, se développe, sous climat chaud et humide, une sédimentation lacustre argileuse et gréseuse avec de nombreux débris végétaux (qui évolueront en charbon). A cause de phénomènes tectoniques locaux, le bassin de Sincey-lès-Rouvray va se trouver pincé et ses dépôts vont se plisser.

 

 

A l'Autunien (début du Permien, vers 295 millions d'années), la sédimentation fluvio-lacustre se poursuit dans les anciens bassins stéphaniens (Autun, Blanzy). Mais les passées charbonneuses sont plus rares. Par contre, certains niveaux riches en matière organique vont donner des schistes bitumineux exploités dans la région d'Autun.

 

Poisson du Permien

 

Pendant le Permien, des mouvements tectoniques entraînent une forte activité volcanique particulièrement développée dans la région de Montreuillon où se mettent en place en surface d'importantes masses de tufs rhyolitiques et des microgranites en profondeur.

 

 

A partir du Saxonien (275 millions d'années), l'érosion s'intensifie tandis que le climat devient plus aride (figure 5). Les produits de l'érosion, souvent conglomératiques, sont étalés par des cours d'eau et prennent un faciès rouge particulier. Ils sont bien développés dans le bassin de Blanzy-Montceau.