石牛寨丹霞地貌的形成离不开其物质基础——白垩纪红层，因此，石牛寨丹霞地貌的形成演化过程总的说来可分为两个阶段，一是白垩纪红层的形成阶段，二是丹霞地貌的发育和成景阶段。

○白垩纪红层的形成阶段

        在距今大约1.5—0.7亿年的中生代侏罗纪末至白垩纪时期，整个华南地区发生了一次强烈的以隆起、坳陷和大型断裂为特色的地壳运动——燕山运动。这次运动导致湘赣交界的罗霄山脉地区形成了一系列的构造山地和盆地，其中与石牛寨丹霞地貌发育密切相关的盆地为长平盆地。该盆地形成于燕山运动早期的侏罗纪末。盆地长轴呈北东向延伸，南东侧为长寿—永安断裂所控制，北西侧为拗陷性质，故表现为断拗盆地。盆地北侧为以燕山期花岗岩为主构成的幕阜山，南侧为以连云山杂岩为主构成的连云山。白垩纪时期，流水从盆地周边携带大量的泥砂石块在盆地堆积，形成厚厚的堆积层。因盆地紧靠幕阜山，故盆地堆积的砾石、砂、泥等碎屑物主要来源于幕阜山，且主要为幕阜山花岗岩风化破碎而来。因当时气候干热，碎屑物在沉积过程中发生强烈的氧化作用，其中的铁质经氧化作用后便成为铁红色的氧化铁。氧化铁逐渐扩散，浸染碎屑物，进而将沉积物逐层染成红色。被染红的沉积物经胶结及高温、高压作用，最终固结成红色的沉积岩层，这就是所谓的“红层”。这种以花岗质红色砂砾岩为主要成分的白垩纪红层就是石牛寨丹霞地貌发育的物质基础。

石牛寨红色砂砾岩（含较多的花岗岩砾石）

○丹霞地貌的发育阶段

        新生代古近纪初期（距今大约6500万—5600万年），受喜马拉雅运动的影响，地壳抬升，早期断裂复活，气候逐步转为湿热，盆地随地壳抬升至侵蚀基准面之上，同时节理裂隙发育，从而为丹霞地貌的发育提供了构造和动力条件。新近纪（距今大约2300万—180万年）以来，特别是新近纪晚期以来，地壳不均匀抬升，断裂活动加剧，红层中形成多组节理，流水沿着节理裂隙不断下切、溯源侵蚀和侧蚀，加上重力崩塌，风化剥蚀等各种地质作用，终于形成了石牛寨类型丰富、景观奇特的丹霞地貌。

石牛寨丹霞地貌成景过程，又可划分为多个地貌旋回或发育时期。

在地貌旋回的幼年期，由于地壳抬升，流水沿着断裂和垂直节理进行下切侵蚀，形成狭窄深沟和“一线天”式的线谷；随着地表水继

丹霞地貌发育阶段模式图

        续沿深沟和线谷向下切割侵蚀，且谷壁岩块沿垂直节理崩塌，线谷进一步加深、扩大，形成更深的巷谷。当巷谷中的流水在下切到一定深度时，若遇到下伏坚硬岩层，或接近于局部侵蚀基面时，水流则以侧向侵蚀为主的方式对谷壁的基部进行侧蚀，并导致临空谷壁崩塌，进而使巷谷进一步拓宽，但在巷谷的两侧仍保留着较大面积的侵蚀顶面“桌状山”（方山石寨）。这就是以线谷、巷谷等负地貌为主要特征的幼年期丹霞地貌。

                       幼年期丹霞地貌（沿平行节理发育5条一线天）

        在地貌旋回的壮年期，构造运动渐趋宁静，蜿蜒曲折的主河谷接近区域侵蚀基准面，河水沿着侵蚀基准面缓慢地流淌，这就为物理风化、流水冲蚀、侧蚀、谷壁展宽创造了条件，因而巷谷、崖壁开始缓慢的岩屑剥落与谷坡后退，近河谷地带形成丹霞峰林，远河谷地带发育柱状、墙状、城堡状的丹霞峰丛、峰柱、山麓剥蚀面等壮年期丹霞地貌。

        在地貌旋回的老年期，构造运动进一步趋于宁静，气候冷暖、干湿交替，蜿蜒曲折的主河谷接近区域侵蚀基准面，河水沿着侵蚀基准面缓慢地流淌，流水侵蚀以侧蚀为主，与物理风化剥落、崖壁崩塌作用一起导致壮年期崖壁进一步后退，山体缩小，形成以河谷平原、孤峰残石、低缓谷坡、矮小浑圆残丘、准平原化为特征的老年期丹霞地貌。

        根据上述各时期的丹霞地貌发育特征，并分析石牛寨丹霞地貌的形成演化条件，可知石牛寨丹霞地貌成景时期主要为壮年早期。主要表现在河谷附近区域发育有大面积密集的丹霞丘峰（丘岗状山峰，海拔在250米左右，是250米剥夷面遭侵蚀切割的结果），是壮年早期密集丘峰型丹霞地貌的典型代表。此外，远河谷地带仍发育方山石寨（如大茅寨、小茅寨）和石寨上的线谷、巷谷。

壮年早期丹霞地貌（近河谷地带发育密集丘峰，远河谷地带发育石寨）

        在石牛寨丹霞地貌的形成演化过程中，各种内、外动力都发挥了重要作用，其中，断层、节理等地质构造发挥了控制性的作用。大构造控制了山块的总体排列方向，小构造则控制着山块的走向、密集度和平面形态。如长寿—永安断裂控制了石牛寨红层盆地的展布；石牛寨断层控制了丹霞崖壁“十里绝壁”的走向；大、小茅寨沿着节理发育了众多一线天；在各种不同方向断层、节理构造的共同控制下，形成了五指峰、石佛山、帅印石、石牛犁田等千姿百态的石峰、石柱、峰丛、峰林景观。