L'origine structurale de ce lac n'est pas douteuse car il se loge précisément au plus creux du fond d'un hémigraben de second ordre qui accidente la dalle du flanc est de l'hémigraben majeur du col d'Ornon. Ce fossé tectonique est délimité du côté ouest par une faille extensive, la faille du Lac du Vallon, que les déformations compressives ont tordu et basculé vers l'ouest dans ses parties les plus hautes.

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Le Rochail et le Lac du Vallon
vus d'avion, du nord vers le sud.

Cette vue est prise dans l'axe de l'hémigraben secondaire du Lac du Vallon.
La surface de cassure de la faille du Lac du Vallon (f.LV) a un pendage vers l'est, très fort, vers le bas qui subit un basculement progressif vers l'ouest (vers la droite) dans sa partie haute (c'est sans doute un effet du cisaillement de la tête du bloc cristallin induit par le déplacement de la couverture sédimentaire (voir le schéma explicatif général).
La faille de la Berche Noire (f.BN) est moins inclinée que celle du Lac du Vallon. C'est une faille inverse (chevauchante), dont le jeu est également plus tardif (lié aux compressions de l'orogénèse alpine, comme le basculement du plan de faille du Vallon).

La cuvette du lac lui-même est d'ailleurs allongée suivant la direction du tracé de la faille. Sa rive est est constituée par la dalle de la surface de la pénéplaine anté-triasique qui s'enfonce en pente relativement douce sous l'eau et qui a été presque totalement dénudée de sa couverture sédimentaire : il n'y subsiste que quelques lambeaux de dolomies triasiques, appuyés contre le miroir de faille de la rive ouest, qui ferment le lac du côté nord et qu'entaille son déversoir.

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Vue vers le nord, depuis la rive ouest du lac du Vallon

L'horizon nord du lac est fermé par un éperon qui descend de l'arête sud du Pic du col d'Ornon et ferme le cirque des sources de la Malsanne du côté nord : on y voit passer la faille du Lac du Vallon, soulignée par le contraste de teintes entre ses deux compartiments (voir le cliché suivant).

On a là un bel exemple de discordance de ravinement : L'Hettangien calcaire n'est conservé ("en flaque") que dans une dépression d'érosion qui recoupe plusieurs coulées de spilites superposées. Ses bancs reposent avec discordance* angulaire (en onlap*) sur les deux bords de la "paléo-ravine" (noter que l'on ne peut considérer ces onlaps comme dus au jeu de failles en raison de l'absence de toute cassure affectant les coulées de spilites sous-jacentes).