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La notice de la carte géologique 1:50 000 feuille Saint-Flour (GOËR de HERVE et TEMPIER, 1988) donne un aperçu de la complexité des formations géologiques dans le secteur de Joursac.
La célèbre faune pikermienne du cimetière de Joursac [Dinotherium giganteum, Mastodon (Tetralophodon) longirostris, Rhinoceros (Dicerorhinus) schleiermacheri, Hipparion cf. gracile (?), Tragocerus amaltheus] est classiquement associée à la "cinérite blanche", mais sa position est discutée, ce versant étant occupé par un empilement de loupes de glissement. Elle ne peut avoir été trouvée au sein-même de cette formation directement éruptive, mais soit à sa base, soit plus vraisemblablement au sommet, dans les sédiments repris par le lahar sus-jacent (ou dans le lahar lui-même). Au cimetière de Joursac, le lahar est séparé des tufs ponceux inférieurs par un horizon discontinu de sables et graviers quartzeux, ou d'argiles et pélites micacées, repris et emballés dans la coulée boueuse ; d'après la gangue des fossiles (mixte cendro-ponceuse et sablo-quartzeuse) c'est certainement dans ce contexte qu'a été trouvée la faune (GOËR de HERVE et TEMPIER, 1988).
Les différents niveaux à plantes de Joursac (pélites micacées, laminites argileuses, argiles diatomifères, cinérites…) s’intercalent au sein de formations volcaniques et épiclastiques accumulées en bordure du graben de la Margeride, dans un contexte tectonique et volcanique complexe (bordure en escalier ; proximité du diatrème de Joursac, nombreuses zones de glissement). Les observations de terrains (niveaux volcaniques et épiclastiques décalés et perturbés, failles,...) indiquent que cette région est restée active tectoniquement de l’Oligocène au Pliocène inférieur. Ces gisements qui reposent localement sur un socle migmatique et granitique faillé sont encadrés au nord par le massif du Cézallier et à l’ouest par le stratovolcan cantalien et son piedmont. L’appartenance à l’une au l’autre de ces entités volcaniques en partie contemporaine reste sujet à discussion. Le site du ruisseau de Batein (Riau Marly), marqueur du rebord de la zone de graben constituerait une sorte de fosse à végétaux (Rey, 1965), zone réceptacle de matériaux divers plus ou moins remaniés. Des niveaux très perturbés de retombées pliniennes, situé en bordure de graben montrent des zones d’injections cendreuses. Ils apparaissent au dessus des 2 niveaux fossilifères inférieurs et sous la brèche ponceuse épiclastique (lahar). Les niveaux fossilifères supérieurs sont situés au-dessus des formations cendro-ponceuses perturbées et à la base, ou bien interstratifiés dans la brèche laharique. L’âge des différents gisements concernés (et en particulier, le niveau d’argiles fissiles d’où ont été extrait la plupart des fossiles végétaux) reste ainsi assez mal défini, faute de position stratigraphique claire et de l’absence de datations absolues.
Seuls les gisements à plantes situés en bordure et au-dessus de la route D126 après le pont en direction de la Rouleyre seraient en place. Il s’agit de lits cendreux fins ou grossiers argilisés visibles sporadiquement vers le haut du talus et de niveaux argileux diatomifères. Le gisement le plus bas constitué d’argile fissile pourrait correspondre à un panneau glissé. Quand à celui qui en position intermédiaire dit « gisement de la cascade », son caractère en place ou non n’est pas tranché. Il s’agit d’une masse hétérogène argileuse située quelques mètres sous une barre basaltique. Le gisement « inférieur », fouillé par Pagès Allary a permis d’extraire les meilleurs empreintes de végétaux, et a fait l’objet d’une étude détaillée par Pierre Marty en 1903. "Les Mammifères de Joursac sont caractéristiques du Pontien et comme c'est aussi avec la flore de cet étage que celle de Joursac possède le plus d'espèces communes, la paléontologie végétale s'accorde avec la paléontologie animale pour la placer dans le Miocène tout à fait supérieur." (Marty, 1903)
