岩溶地层的可溶性和裂隙的存在使洞穴发育的前提条件，入渗水的补给及其侵蚀能力使岩溶发育的必要条件。在此基础上，洞穴的形成机理是：
①化学溶蚀 入渗水进入岩溶地层时,对CaCO3(方解石)、CaCO3（文石）、CaMgCO3（白云石）、CaSO4·2H2O(石膏)等矿物来说,具未饱和,加上裂隙发育,水循环交替条件好,因而溶蚀能力很强.在入渗过程中,入渗水从围岩溶解出大量组分,如Ca2+、Mg2+、CO32-、SO42-等，从而促进裂隙不断加宽，形成洞穴，在上包气带形成垂直落水洞和斜洞；在水位变动带及侵蚀基准面附近，形成进水平洞穴。随着入渗水组分增多，饱和度增强，在滴落和流动过程中，CaCO3又不断地从水中沉淀析出形成钟乳石、石笋等溶蚀景观；
②物理崩塌 因地壳的不断抬升，水平洞穴部分高出地下水位变动带，充满裂隙的洞顶岩石由于重力失稳而崩塌垮落下来，直至形成拱形而稳定下来，从而促进洞穴的进一步扩大和化学溶蚀加强。
③进一步扩溶 洞顶岩石的崩塌垮落促进了裂隙通道的进一步疏通和水岩相互作用表面积的增加，溶蚀作用也得到进一步加强；
④水力冲刷 在将于期间，一部分水灌入洞穴，携带泥砂和溶解组分向下游方向迁移。对溶洞的溶蚀起到一定的加强作用。
1. 洞穴发育阶段
根据本区构造活动的发育历史和榆林溶洞的发育特点，榆林溶洞发育阶段可分为四个阶段：
①雏形阶段 （距今3.5—2.8亿年） 该阶段始于石炭纪晚期，研究区内海水全部推出时开始（距今3.5亿年）。由于多其构造活动，寒武系张夏组（或凤山组）灰岩发育了区域节理和构造裂隙，随着地壳上升，裂隙中的盐水逐渐被淡水所淋滤驱替，渗滤水对灰岩的溶滤作用开始。首先沿垂向裂隙在包气带中形成了垂向或斜向的落水洞。
②季节性暗河阶段 （距今2.8亿年—100万年） 本区从二迭纪末至白垩纪初，形成了北东向构造带。在地下水面以下或水位变动带，由于地下水沿顺灰岩层发育的构造裂隙进行水平的渗透而形成北东向水平溶洞和间歇性的地下暗河。
③物理性坍塌垮落阶段 （距今100—10万年） 溶洞发育高度相当于三阶段地台面的高度以上，其新构造抬升时间相当于中更新世，距今100—10万年。由于灰岩裂隙发育，形成被不同方向裂隙交叉分割的岩块，当洞穴随地壳运动被抬升到地下潜水面以上时，洞顶的岩块因重力失稳而造成坍塌。从而导致大量岩块垮落再洞底。直到形成拱形洞顶而趋于稳定。
④进一步扩溶阶段（距今10—0.5万年） 此阶段仍有局部垮落，由于洞顶岩块的垮落使洞顶裂隙得到进一步疏通，溶蚀作用进一步加强，促进了悬挂钟乳石和石笋的发育。
⑤现代岩溶发育阶段(距今0.5万年---现在) 该阶段为冰后期到现在,全球气候变暖,降雨量增加,入渗水对岩石的溶蚀作用加强，洞穴内次生化学沉积作用也得到加强，因而进入现代岩溶发育期。
在溶洞发育的不同形成时期，洞内次生化学沉积物的也具有不同特点。可分为洞期次生化学沉积物如流纹、留痕等；洞穴抬升期（坍塌前）次生化学沉淀物如石幔、石笋等；洞穴稳定期（崩塌后）次生化学沉淀物如石幔、石笋、石柱等（洞内坍塌巨石下面和巨石上面均有石笋发育使最好的证明，根据C14同位素年龄测定巨石下面石笋形成时间为5735±105年，巨石上面石笋形成时间为2295±85年）；现行期次生化学沉淀物如石钟乳、石盏、石柱等。 |
