mini|300px|Geographische Lage des Zentralmassivs in Frankreich
Die Geologie des Zentralmassivs beginnt im Neoproterozoikum, und seine Entstehungsgeschichte hält bis auf den heutigen Tag an. Das Zentralmassiv (franz. Massif Central) ist mit dem Armorikanischen Massiv eines der beiden großen Grundgebirgsmassive Frankreichs. Das Massiv wurde hauptsächlich von der kaledonischen und der variszischen Gebirgsbildung geformt, weist aber ebenfalls alpidische Prägungen auf – so ist sein starker känozoischer Vulkanismus wahrscheinlich von der Alpen-Orogenese ausgelöst worden. Zirkondatierungen von rund 3000 Millionen Jahren (Archaikum) belegen sein hohes Alter. Strukturell besteht das Zentralmassiv hauptsächlich aus einem Stapel von synmetamorphen Grundgebirgsdecken.
Einführung mini|300px|Das Zentralmassiv im Kontext der Variszischen Orogenese
Das aufgeschlossene Grundgebirge des Zentralmassivs besitzt in etwa die Gestalt eines auf seiner Spitze stehenden Dreiecks. Aufgrund seiner Größe – das Zentralmassiv misst zirka 500 Kilometer in Nord-Süd-Richtung bei einer maximalen Breite in Ost-West-Richtung von rund 340 Kilometer – hat es Anteil an mehreren tektonischen Bereichen, die während der variszischen Orogenese gebildet wurden.
Der Hauptteil gehört zur ligero-arvernischen Zone (oft auch als eigener Kleinkontinent Ligeria bezeichnet), der im äußersten Nordosten gelegene Morvan aber bereits zur morvano-vosgischen Zone, die ihrerseits dann weiter ostwärts in die Moldanubische Zone übergeht. Alle diese Zonen bilden den Internteil des variszischen Orogens, der sich folgendermaßen kennzeichnen lässt: er enthält Überreste ozeanischer Kruste, die im Zeitraum Silur bis Devon subduziert worden war. die Annäherung Gondwanas an den cadomischen Kontinentalblock, Teil Armoricas, und weiter im Osten an die saxothuringische Mitteldeutsche Schwelle führte im Zeitraum Devon bis Karbon zu einer Kontinentalkollision, die das Grundgebirge zerscherte und große Gneisdecken in Bewegung setzte. Im Gegensatz zu den weiter ostwärts gelegenen Vogesen erfolgte der Deckentransport im Massif Central jedoch generell in südliche Richtungen. nach Abklingen der Überschiebungen kam es zur Heraushebung des Gebirges, die diachron verlief. Sie begann im Westen und Norden des Zentralmassivs bereits vor 380 Millionen Jahren (im Oberdevon, Frasnium), im Südteil jedoch erst vor 350 Millionen Jahren im Unterkarbon (Tournaisium). Weiter ostwärts in den Vogesen setzte die Heraushebung noch wesentlich später ein (vor 330 Millionen Jahren am Ende des Viséums).
Im äußersten Süden hat das Zentralmassiv noch Anteil an der Montagne-Noire-Zone (diese gehört zusammen mit den Pyrenäen zum Kleinkontinent Aquitania), die keine Grundgebirgsdecken mehr besitzt und von deren neoproterozoischem Grundgebirge im Verlauf der Heraushebung die nicht- bis niedrig metamorphen paläozoischen Sedimentdecken in südliche Richtung abgeglitten sind.
Geographische Strukturierung mini|300px|Der Puy de Sancy von Süden, mit 1885 Meter höchste Erhebung des Zentralmassivs
Das Massif Central wird von mehreren bedeutenden Krustenstörungen und Brüchen durchzogen, die eine räumliche Gliederung ermöglichen.
Die wichtigste dieser Störungen dürfte zweifelsohne der 250 Kilometer lange, Nordnordost-Südsüdwest-streichende Sillon Houiller sein, der dann südwärts in die Toulouse-Störung übergeht. Der Sillon Houiller trennt den nicht-vulkanischen Westteil vom vulkanischen Zentral- und Ostteil.
Der oligozäne Limagne-Graben greift von Norden 150 Kilometer tief in das Zentralmassiv ein und durchtrennt das Massiv beinahe in Richtung Grands Causses.
Der westwärts dieser Einschnürung gelegene Zentralteil des Zentralmassivs trägt Stratovulkane wie den Cantal (Europas größtes Vulkangebäude) und die Monts Dore (mit dem Puy de Sancy), sowie die Schlackenkegel, Lavadome und Maare der Chaîne des Puys.
Der Ostteil erstreckt sich vom Morvan im Norden bis zu den Cevennen im Süden. Er fällt jäh zum begrenzenden Bresse-Graben und dessen Verlängerung in die Bas Dauphiné ab. Die am Südostrand beginnenden Dehnungsbrüche leiten bereits zur tektonischen Provinz des ozeanischen Liguro-Provençalischen Beckens über. Der oligozäne Roanne-Graben und die gleich alte Plaine de Forez bilden im Ostteil ähnlich dem weiter westlich gelegenen Limagne-Graben einen weiteren tiefen Einschnitt in die Grundgebirgsstrukturen. Das Nordost-Südwest-streichende permische Einbruchsbecken von Blanzy-Le Creusot verleiht dem nördlich folgenden Morvan eine Eigenstellung.
Eine weitere wichtige Ostsüdost-Westnordwest-streichende Zäsur liegt auf der Höhe von Decazeville und Figeac, welche die südwärts gelegene Rouergue mit der Montagne Noire fast vollständig von der nördlichen Hauptmasse des Zentralmassivs abtrennt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Zentralmassiv eine asymmetrische Grundgebirgsscholle darstellt, die an ihrem Ostrand durch die alpidische und an ihrem Südrand durch die Pyrenäen-Orogenese herausgedrückt wurde. Diese Ränder zeigen abrupte Übergänge zu ihrem Umfeld. Das Massiv erreicht hier auch durchschnittlich die größten topographischen Höhen und fällt dann allmählich gegen Nordwesten in Richtung Limousin und Marche ab, wo es relativ sanft unter den Sedimenten des Aquitanischen Beckens beziehungsweise des Pariser Beckens abtaucht. Dieses etwas vereinfachende Schema wird jedoch örtlich durch die zahlreichen Störungen und Brüche verkompliziert – die höchste Erhebung des Zentralmassivs ist beispielsweise der Puy de Sancy mit 1886 Metern im Zentralteil.
Tektono-metamorphe Bereiche Das kristalline Grundgebirge des Zentralmassivs wird nach M. Chenevoy (1974) in drei große tektono-metamorphe Bereiche untergliedert: Arvernischer Bereich (Auvergne) Ruteno-Limousin-Bereich (Rouergue-Limousin) Cevenolischer Bereich (Cevennen)
Der Arvernische Bereich mini|300px|Neoproterozoischer Paragneis des Arvernischen Bereichs bei Nontron, Dordogne. Die helle Grauwackenbank ist boudiniert und fällt relativ steil nach NNO ein Der Arvernische Bereich ist der strukturell tiefstliegende Bereich und besitzt parautochthonen Charakter. Er umrahmt einige Aufwölbungen im Grundgebirge wie den Saint-Mathieu-Dom, den Sussac-Dom und das riesige Plateau de Millevaches (alle im tief abgetragenen Westteil). Sein Hauptverbreitungsgebiet ist jedoch die Auvergne (daher auch der Name), hinzu kommen ferner die westliche Marche, der nördliche Morvan, das Lyonnais und das Livradois (Haut Allier).
Die jetzt hochmetamorphen Gesteine – im Wesentlichen wurde die Amphibolitfazies erreicht und es herrschten Mitteldruck-Hochtemperatur-Bedingungen vor – wurden ursprünglich als Flyschserien am nördlichen Kontinentalrand Gondwanas abgelagert. Der Flysch bestand aus einer monotonen, rhythmischen Wechselfolge von tonigen (Pelite) und sandigen Lagen (Grauwacken) und konnte eine erstaunliche Mächtigkeit von 15 Kilometern und mehr erreichen. Im Mittelteil der Serie sind bimodale vulkanogene Sedimente zwischengeschaltet, die mehrere Tausende von Metern mächtig werden können. In ihnen überwiegt rhyolithisches Material, es treten aber auch tholeiitische Basalte, selten auch Peridotit- und Karbonatlinsen auf. Für die neoproterozoische Sedimentfolge, von französischen Geologen als Briovérium bezeichnet, wird ein Maximalalter von 650 Millionen Jahren angegeben, möglicherweise aber auch nur 600 bis 550 Millionen Jahre (Ediacarium).
Die ehemaligen Sedimente des Arvernischen Bereichs wurden im Wesentlichen nur während der acadischen Phase (vor 400 – 350 Millionen Jahren) im Verlauf der kaledonischen Gebirgsbildung metamorphosiert. Der Druck erreichte 0,6 – 0,8 GPa (6 – 8 Kilobar) entsprechend einer Versenkungstiefe von 25 – 30 Kilometer bei einem Temperaturgradienten von 20 bis 25 °C pro Kilometer. Es entstanden Migmatite (Anatexite) an der Basis, gefolgt von Gneisen, Glimmerschiefern und schließlich grünschieferfaziellen Serizit- und Chloritschiefern in höheren Lagen. Die vulkanogenen Einschaltungen wurden zu Leptyniten und Amphiboliten metamorphosiert.
Die Gesteinsabfolge enthält auch Augengneise (zerscherte Orthogneise), die aus ehemaligen porphyrischen Granitoiden hervorgegangen sind. Ihr Alter liegt um 500 Millionen Jahre (Furongium).
Der Ruteno-Limousin-Bereich Die metamorphen Gesteine des Ruteno-Limousin-Bereichs beschränken sich auf das Limousin, das Rouergue, die östliche Marche, die Châtaigneraie, die südliche Margeride und auf den Westrand der Cevennen. Das Sedimentpaket beginnt mit derselben Abfolge wie im Arvernischen Bereich. Im Gegensatz zum Arvernischen Bereich ist im Ruteno-Limousin-Bereich noch eine darüber folgende paläozoische Serie erhalten. Letztere beginnt im Unterkambrium mit einer mächtigen vulkanogenen Abfolge rhyolitischer Zusammensetzung. Es folgen datiertes Oberkambrium, Ordovizium und Silur.
Das Limousin wurde ebenfalls ausschließlich während der acadischen Phase metamorphosiert. Im Rouergue jedoch überlagert sich zusätzlich noch die hercynische Metamorphose, welche unter Tiefdruckbedingungen aber hohen Temperaturen ablief.
Der Cevenolische Bereich Der Cevenolische Bereich umfasst die Cevennen, die Montagne Noire, das Albigeois und das Lyonnais. Auch hier folgt auf kristalline Schiefer des Arvernischen Bereichs gut datiertes Paläozoikum (Kambrium und Ordovizium). Dieses Paläozoikum ist in der Montagne Noire nicht metamorph, nimmt aber weiter nördlich im Albigeois und in den Cevennen zusehends metamorphen Charakter hercynischer Prägung an.
Niedrig metamorphe Gesteinsserien mini|300px|Génis-Porphyroid der Génis-Einheit aus dem Tremadocium Niedrig metamorphe, grünschieferfazielle Gesteinsserien sind im Zentralmassiv unterrepräsentiert und treten meist auch nur in peripherer Lage auf. Beispiele sind die Génis- und die Thiviers-Payzac-Einheit im Bas-Limousin, die Mazerolles-Einheit in der Haute-Charente, die Brévenne-Einheit im Nordosten (Lyonnais) und die Schiefer des Albigeois im Süden.
Die Génis-Einheit beispielsweise zeigt folgenden Aufbau (von jung nach alt): Génis-Grünschiefer Conodonten-führende Kalklinsen aus dem Obersilur Génis-Serizitschiefer, enthalten Acritarchen aus dem Ordovizium verkieselte Arkosen des Moulin du Guimalet, eventuelle Affinität zum ordovizischen Grès armoricain der Bretagne Génis-Porphyroide, ehemalige rhyolithische Ignimbrite (Metaignimbrite) von der Wende Kambrium/Ordovizium Excideuil-Serizitschiefer
Die Thiviers-Payzac-Einheit baut sich hauptsächlich aus rhyodazitischen Tuffen, Grauwacken und Siltiten auf.
Die Mazerolles-Einheit besteht aus aluminiumreichen Glimmerschiefern mit quarzitreichen Passagen. Sie ist aus ehemaligen Peliten und Siltiten hervorgegangen und stammt wahrscheinlich aus dem Kambrium.
Die Brévenne-Einheit ist eine ophiolithische Decke oberdevonischen Alters.C. Pin, J.-L. Paquette: A mantle-derived bimodal suite in the Hercynian Belt: Nd isotope and trace element evidence for a subduction-related rift origin of the Late Devonian Brévenne metavolcanics, Massif Central (France). In: Contrib Mineral Petrol. 129, 1998, S. 222–238. Sie besteht aus Kissenlaven, Diabasen, Gabbros, ultramafischen Gesteinen, Kieselschiefern und massiven Sulfiderzen.
Sedimentäre Entwicklung Nicht-metamorphe Gesteinsserien sind sehr wichtig für die paläogeographische Rekonstruktion, da sie die ehemaligen Verhältnisse unverfälscht wiedergeben. Im Zentralmassiv nehmen sie leider oft nur eine untergeordnete Stellung ein und sind meist auch nur in randlichen Lagen erhalten geblieben. Diese Tatsache erschwert natürlich das Verständnis der damaligen Verhältnisse und Abläufe.
Vorkarbonische Serien mini|Die Geologie der Montagne Noire Vorkarbonische nicht-metamorphe Sedimente sind in zwei Gebieten anzutreffen: in der Montagne Noire am Südrand und im Morvan im Nordosten
Am Südrand der Montagne Noire liegt eine nahezu vollständige Sedimentserie vor, die vom Kambrium bis zum Unterkarbon reicht.