天斧沙宫的如何形成

这里的地层主要包括五部分：基底是地质时代非常古老(6亿年前)的皋兰群深色结晶片岩；其上是厚层，胶结较疏松的红色砂砾岩；再上是一厚二米左右，胶结坚硬的灰色砾岩层；再上即所谓“安宁系”，是一套橘色红色砂岩胶结非常疏松；最上部是黄土形成这一地貌景观的地层是基底以上的四套地层，中部三层地层基本呈水平状态。
这四套地层中的下部三层形成的地质时代在学术上还没有定论。一般认为下部的厚层砂砾岩是千余万年前的中新世时期沉寂的，其上的薄层砾岩形成距今时代较近，大约是一百余万年前的周口店期形成的；黄土之下的橘红色砂岩是周口店末期沉积的；黄土是最近的产物。
根据地质研究，下部的厚层红色砂砾岩形成之后，经过了一个较长的侵蚀期，在大面积的浅水中将底层冲刷夷平，并在浅水中沉积了由近处搬运来的砾石。砾岩层沉积之后，本区大沙沟、曹家湾、朱家井一带下沉成为一个较大的内陆湖泊，而那薄层砾岩就成为原始的湖底。多条内陆河由不同方向流入这一湖泊。并携带了大量早先经过大风搬运过的石英沙粒，沉积于河流入湖的河口、远近湖滨一带。这一时期，这里的气候是干旱、湿润相交替的气候条件，河水季节性很强，流量时大时小，甚至有时河、湖干涸；湖泊面积也时大时小；并因本区风大，所以湖中波浪也是时大时小。在这一特殊古地理条件下沉积下来的地层，就是现在黄土之下的橘红色砂岩。这层砂岩沉积之后，这一地区整体上升为陆地，并被大风吹来的粉砂所覆盖，形成广泛见于甘肃中、东部地区的黄土。
这里的沟壑，包括龙凤峡在内，在黄土沉积之后或与黄土沉积的同时，都是由洪水冲开的古黄河的支流。“天斧沙宫”的特殊地貌就是这一古沟壑的原始地形上，受流水、雨水和风沙的侵蚀、冲蚀、淋蚀、吹蚀作用而逐渐形成的。
黄土和它下面的疏松橘红色砂岩对雨水的渗透性极强，降水时，雨水会直接渗过着两套地层，但下渗的水到达下部胶结坚硬、渗水性差的砾岩顶面时，就不能继续下渗，只能延砾岩层面上的低洼处渗流，流到被洪水冲开的沟壑，就会顺沟壁垂直而下，向下淋滤，加之沟壁又是胶结比较疏松的厚层砂砾岩，就容易将一厚层砂砾岩淋蚀、冲刷成直立的沟槽，而未被淋蚀冲刷的部分就形成突出的石柱状。这一层砂砾岩的岩石性质是不均匀的，有的层较硬，有的层较软，而且整套岩层近于水平，所以直立沟槽的面也不是平整的，有的向外突出，有的向里凹进，这就使这套岩层酷似外部带有大型石柱的多层楼阁。而其上的薄层砾岩层，因其坚硬不易被水冲蚀二突出于石柱之外，形成楼阁的屋檐。砾岩上的橘红色砂岩因易被雨水冲刷，周围就形成斜坡，成为这一楼阁群的屋顶。
这种地貌及其成因在地貌学上称为丹霞地貌(因这种地貌在广东仁化附近的丹霞山最为典型而得名)
这里地貌景观的形成，除了上述流水、降水的作用外，还有风的作用。
兰州地区自古多风沙。龙凤峡北端的曹家湾、朱家井一带正是向北的风口，是蒙古一带吹来的风沙必经之地，大风吹来，因砂层疏松，也就容易就地起砂，这种风砂也是一种重要的地质营力。这里延沟两壁的地层，经风砂长期的吹蚀作用，在曹家湾沟一带就形成各式各样的风蚀柱、风蚀塔、风蚀蘑菇等地貌。风砂吹来，砾岩层上下部的砂层较易被打磨吹蚀，而砾岩层耐风化、不易被侵蚀，这种差异风化的结果就是形成这种风蚀地貌的原因。
所以，这里的丹霞式的雄伟地貌景观是流水、雨水、风砂综合作用的结果。