地貌形成
張家界在區域構造體系中，處于新華夏第三隆起帶，在漫長的地質曆史時期内，大緻經曆了武陵——雪峰、印支、燕山、喜山及新構成了本區域的基本構造地貌格架，而喜山及新構造運動是形成張家界奇特的石英砂岩峰林地貌景觀的最基本的内在因素。面外力地質活動作用的流水侵蝕和重力崩塌及其生物的生化作用和物理風化作用，則是塑造張家界地貌景觀必不可少的外部條件。因此，它的形成是在特定的地質環境中内外力長期相互作用的結果。
晚古生代中晚泥盆紀時期，湖南西北地區地殼下降，發生大面積海浸，成為一片汪洋。張家界處于“川湘凹陷地帶”之深海處，靠近古陸，接納了由流水源源不斷地從鄰近古陸搬遷來的大量松散碎屑物質，經過沉積和漫長而又複雜的成岩過程，形成厚達500多米的石英砂岩。經過漫長的流水切割、差異風化、重力崩塌等外營力作用，便形成了所看到的怪誕詭谲的峰林峽谷。石英砂岩峰林景觀标新立異，獨樹一幟，具有極高的旅遊觀光價值和科研價值。
地貌價值
科學研究
張家界地貌發育過程完整，從台地→方山→石牆→石柱→峽谷演化過程清晰，發育時間因素可測性強，在砂岩地貌景觀中具有系統性、完整性、自然性、稀有性和典型性等自然屬性，于1992年被聯合國教科文組織列入“世界自然遺産名錄”，2004年被列為首批世界地質公園。張家界可作為研究砂岩地貌的典型地點。
美學觀賞
在張家界世界地質公園區中心部位86km2範圍内，集中分布了3100多座大小不一、形态各異的峰柱，峰柱高幾十米至400m，其柱體的密集度、造型之奇異度、各種砂岩地貌景觀的組合有序度、岩石植被、氣象因素的色彩鮮明對比度、峽谷與溪流組合的和諧度、地形高低錯落相配及各種象形山石景觀引人入勝的聯想度，都達到了令人賞心、悅目、暢神的最高審美境界。張家界地貌的奇俊秀美在世界山嶽景觀中所罕見，被評為中國最美的山嶽景觀之一。
旅遊應用
由于其科學内涵豐富，自然生态和美學觀賞價值高，張家界成為重要的地質、地理科普教育基地和絕佳的自然遊覽休閑勝地，每年吸引國内外遊客300多萬人次前來考察遊覽，旅遊收入促進了地方就業和經濟社會的可持續發展，旅遊業已成為張家界地區的支柱産業。張家界旅遊依托良好的資源和環境，有廣闊的發展前景。
地貌認定
2010年11月9日-11日張家界砂岩地貌國際學術研讨會暨中國地質學會旅遊地學與地質公園研究分會第25屆年會在張家界舉行。國際地貌學家協會副主席彼得·米根等來自新西蘭、英國、波蘭、澳大利亞、美國、德國和日本7個國家的16位國外地貌學權威，以及中國科學院院士李廷棟、劉嘉麒等中國大陸、中國台灣和中國香港的20多位知名地質地貌學專家參加了會議。與會專家在進行了實地考察，并聽取研究課題組關于張家界地貌特征與演化過程的主題報告後，将張家界特征鮮明、規模巨大的獨特砂岩地貌類型，确定為“張家界地貌”，凡在世界任何國家和地區發現類似張家界石英砂岩峰林的地貌，都可統稱“張家界地貌”。自此，“張家界地貌”獲得國際學術界認定。
據悉，與會專家對天子山、袁家界、金鞭溪、黃石寨等張家界典型地貌區進行了實地考察，聽取了張家界地貌研究課題組關于張家界地貌特征與演化過程的主題報告，以及關于中國、澳大利亞和世界範圍内砂岩地貌空間分布與典型特征的專題研究報告，系統交流了國内外砂岩地貌研究的理論方法和實例。會議重點對張家界地貌進行了深入對比分析研讨，一緻認為張家界地貌是砂岩地貌中一種獨特的地貌類型，具有重要的科學價值、科普價值和極高的美學與生态旅遊價值，張家界是全球地貌研究的最佳地區之一。
“張家界地質公園内的砂岩地貌特征，在全世界範圍内看來都是非常獨特的。”國際地貌學家協會主席邁克爾·克羅澤在開幕式上說，世界上也存在類似的地貌特征，但沒有張家界如此鮮明的特征和規模，集美感與科研價值于一體，張家界地貌理應得到世界的認同。“張家界這種砂岩地貌，在中國乃至全世界都十分罕見，其形成條件也非常苛刻。”李延棟院士表示。
本次研讨會議還倡議成立世界砂岩地貌工作組和張家界地貌研究中心，開通世界砂岩地貌地質公園研究網絡，促成在IAG（國際地貌學家協會）和IGU（國際地理聯合會）框架下建立砂岩地貌研究相關的工作組織機構，開展砂岩地貌的國際對比研究。張家界世界地質公園管理委員會與中國科學院地理科學與資源研究所将聯合成立張家界地貌研究基地，吸引國内外地貌專家來張家界開展地貌研究；并設立張家界地貌研究開放基金，資助砂岩地貌領域創新性的基礎和應用研究課題。
據了解，張家界武陵源區委、區政府委托中國地質科學院對“張家界地貌”定義及其形成地質背景、演化過程和地質遺迹組合特征進行研究。經過區域對比和科學分析，“張家界地貌”迥異于喀斯特地貌、雅丹地貌、丹霞地貌、河谷地貌。
地貌研究
科研課題
2011年4月8日，武陵源區人民政府與中科院正式簽約，就“張家界地貌”聯合研究合作共建事宜達成一緻意見。此舉标志着“張家界地貌”已正式進入科研課題。
在張家界砂岩地貌國際學術研讨會上，“張家界地貌”獲得了國際學術界認定。為了更加深入發掘“張家界地貌”的科學内涵，提高國内和國際知名度，武陵源區人民政府與中科院成立了“‘張家界地貌’聯合研究中心”，共同研究“張家界地貌地質特征及其地質景觀成因研究”項目，旨在更好地保護張家界這一具有重大價值的地質遺迹富集區，使之成為全人類共享的珍貴地學遺産地。
研究成就
“根據階地、溶洞等不同層狀地貌的對比，項目組得出了索溪于中更新世(約50～70萬年)開始下切砂岩頂面，張家界的砂岩地貌開始形成。”在2011年四月舉行的中國科協“科技期刊與新聞媒體見面會”上，參與項目的中國地質大學(北京)平亞敏介紹了該項目成果。
張家界世界地質公園地貌類型多樣，以“山峻、峰奇、水秀、峽幽、洞美”而聞名于世。其砂岩峰林地貌是在特定的地質構造部位、特定的新構造運動和外力作用條件下形成的，保存了一套完善的砂岩峰林形成模式，具有很好的科學研究和地質美學欣賞價值，一直是地貌學家、地質學家們關注的焦點。
盡管科學家們此前已經知道，張家界峰林是以3億多年前形成的泥盆紀砂岩為原料進行“雕刻”的，但“雕刻”從何時開始，一直是科學家們難以解答的問題。
中國地質學會主辦的學術期刊《地質論評》刊出了以中國地質大學(北京)田明中教授、楊桂芳副教授、張緒教副教授為首的項目組的研究成果(研究生平亞敏為第一作者)。結果表明，張家界砂岩峰林的“雕刻”始于中更新世(距今50～70萬年)，即在這一時間，索溪開始下切砂岩的頂面，此後越切越深，形成了今日之峰林地貌。
據了解，地貌可以分為剝蝕地貌(如張家界峰林、雲南石林、克什克騰青山山頂的壺穴等)和堆積地貌(如溶洞中的鐘乳石等)。前者開始形成的年代，由于缺少測年對象，很難确定。
本項研究表明，剝蝕地貌的年代可以通過尋求其與堆積地貌之間的相關性來确定。田明中等認為，雖然張家界砂岩峰林地貌形成年代很難确定，但河流階地、岩溶洞穴、砂岩峰林這些不同類型層狀地貌是在統一的造貌作用下形成的，它們之間存在着必然的聯系，因此可以通過這些不同層狀地貌上沉積物的直接測年并進行區域綜合對比，進而獲得砂岩峰林地貌的形成時代。
項目組進行了詳細的野外地貌綜合考察和地層剖面實測，并在室内利用熱釋光法、電子自旋共振法等現代測年技術，測得了張家界地區河流階地和溶洞的年代。
該研究首次确定了張家界砂岩地貌形成的精确時代，彌補了張家界地貌研究上的空白，其成果對于提升張家界砂岩峰林地貌的科學價值具有十分重要的意義，也為其他剝蝕地貌的年代學研究提供了新的思路和研究方式。
