白垩纪初期，由于燕山运动的影响，祁连山脉开始上升，其西北方向形成山前断陷盆地，盆地本身下陷速度较快，形成厚达数千米的山前坡积与河流冲刷和湖相沉积，它们以砂岩、砂砾岩、泥岩等碎屑岩交互替代组成，外观为紫红色，沉积颗粒以铁质、钙质、泥质胶结组成，外观呈红色。这套红色岩层在地层学上称为下白垩统新民堡群下组（K1 xma），也有称为下沟组，它们再经过长期的风化剥蚀，成为我们今天看到的构成张掖丹霞地貌的地层主体。
北祁连干旱气候的地质原因
北祁连地区从古生中期（距今约4亿年）前就已经成为华北大陆的一部分，距今大约2亿4千万年的“印支”地壳运动改变了中国大陆已经持续数亿年的海洋和大陆的分布格局，又进一步将北祁连地区推到欧亚大陆的更加干旱的内陆；侏罗纪燕山运动使得青藏高原北部隆起，形成多条高耸的东-西向山脉，它们阻隔了西藏特替斯海的海洋气候对北祁连地区的影响。
一亿多年前炎热干燥的北祁连地区
张掖所在的北祁连山地区，位于当时欧亚大陆的中心，远离海洋气候的影响，气候干燥炎热，降雨量稀少，由于白垩纪四季不分明，仅以干旱和降雨的两季交替。
距今1亿1千万年至1亿年是北祁连盆地坳陷期，盆地下沉的速度缓慢而均匀，形成大面积的湖盆。这个阶段的气候以炎热干燥为主，湖泊面积对应于降水的多少而变化。大量铁质和钙质成分随同地面径流进入湖盆，形成含铁或钙沉积，在蒸发强烈的枯水期湖盆相对萎缩，浅水环境条件下湖快速充填作用的沉积产物主要为一套灰绿色、紫红色砂泥岩，局部地区含膏盐层。这套杂色湖相泥岩沉积构成张掖彩色丘陵地貌的岩层主体，地层学上称为下白垩统新民堡群上组（K1xmb），也有称为中沟组。经过长期的风化剥蚀，成为我们今天看到的彩色丘陵。
