一、区域重力场特征
区内区域重力场见图1-4，从图上可看出，区内布格重力场自北往南，自东往西逐渐减小，梯度变化呈南陡北缓、西陡东缓的趋势，定性的反映了地壳厚度自北往南、自东往西变厚的特点。在区域背景场上叠加了不同类型的重力局部异常，按其异常的不同特征，可分为：
图1-4 布格重力异常图（单位：m·s-2）
1.西南部重力弧形梯级带
该带主要位于祁连山西南部地区。它是青藏高原边缘重力梯级带的东北部分，由西部的阿克塞，经酒泉、张掖、临夏，往南进入四川省境内，其走向大致与山势平行，由西部的北东东向，往东渐变为北西西－北西－近南北向，其主要特征是布格重力异常值从北往南呈急剧下降，于哈拉湖附近最低值达－450×10-5m/s2。大致以张掖为界，东、西部梯度变化有一定差异，西部梯度值每千米为1.1×10-5m/s2；东部梯度值每千米为0.55×10-5m/s2，重力等值线有明显的局部弯曲，反映了祁连造山带东、西部构造活动上的不均一性。该重力弧形梯级带可能是青藏块体和塔里木板块及华北板块的分界线。
2.北山－龙首山重力异常区
该区重力值的变化幅度比较小，从－240×10-5～－200×10-5m/s2，与该区地壳厚度46～50km变化较平缓的特征基本一致，在北山地区出现数处重力局部负异常，其值为－230×10-5～－220×10-5m/s2，与地表新生界沉积盆地基本相对应，推测这些负异常主要由新生代盆地引起。
依据重力资料计算得出的莫霍面深度，见图1-5，大致可分为：①阿拉善－北山区：地壳厚度由北向南缓慢变厚，从46～50km。在北山星星峡以东地区，地壳厚度相对厚一些，为51km。②河西走廊－北祁连地区：为一重力梯级带，地壳厚度由北往南迅速增加，在宽百余千米内地壳增厚约10km，为一地壳厚度的变异带。③中－南祁连地区：该区海拔平均高程较大（＞4000m），地壳厚度较大，约为62～70km左右，在哈拉湖附近，地壳厚度达69km，地壳厚度与地形高程呈镜像关系，表明祁连山存在山根，地壳基本处于重力均衡状态。
图1-5 莫霍面等深线图（单位：km）
二、区域磁场特征
区内区域磁场分布特征见图1-6，大致可分为：
图1-6 航磁△T异常图（单位：nT）
1.北山负磁异常区
该区异常以负为主，强度一般为－25～－100nT，呈东西向紧密带状分布，其中局部正磁异常主要由古生代火山岩及华力西期基性、超基性岩引起，反映了北山地区褶皱构造带的磁场特征。
2.阿拉善（南缘）磁异常区
该区异常大致可分为南、北两部分，北部以负为主，强度一般为－50～－200nT，走向近东西，其形态与北山地区相似，南部呈一南凸的弧形异常带，以正为主，强度一般为50～200nT，基本与阿拉善南缘隆起带相对应，异常主要由下元古界深变质岩系和中酸性岩（γδ4、γ4）综合引起，向西被阿尔金断裂所截，向东进入腾格里沙漠，夹于祁连和北山两构造带之间，对印度板块的向北推移起到一定的阻挡作用。
3.祁连负磁异常区
该区异常从总体看以负为主，强度一般为－25～－75nT，走向北西，在此背景上发育有数条北西向狭小的正异常带，强度50～100nT，它是基性、超基性岩及火山岩的反映。
位于哈拉湖西部的异常范围较大，强度100nT左右的异常带，主要是沿断裂带侵入的中酸性岩（γδ3、γ3）的反映。
4.敦煌磁异常区
该区位于阿尔金断裂以西，在敦煌附近出现一范围较大、宽缓的磁异常，强度大于200nT，推测由前长城系深变质岩系引起，位于敦煌以东的呈串珠状狭长的异常带，强度50～100nT，基本与三危山隆起带一致，异常由沿断裂侵入的中酸性岩（γδ4）引起。
三、地震测深
区内地震测深资料比较少，依据近几年来，安其昌（1990～1993）、崔作舟（1991～1994）等人的面波研究，对区内地壳上地幔三维速度结构摘要概述如下：
（1）祁连造山带：地壳厚度相对较大，一般大于60km，最厚处为南祁连，上地幔低速层的速度为4.15km/s，上地幔低速层顶界埋深为74km，表明上地幔盖层较小，仅为10～20km，直到深达200km，上地幔低速层的速度仍未回返，可见其厚度较大，至少不小于120km。
（2）北山褶皱带：地壳厚度比较小，一般为40～43km，上地幔低速层的速度为4.1～4.3km/s，顶面埋深115km，表明上地幔盖层厚约70km，低速层厚度也较大，至少在90km以上。
（3）阿拉善地块：平均地壳厚度为41～43km，上地幔盖层速度为4.45km/s，厚约40km。上地幔低速层顶面埋深81～83km，速度为4.1～4.3km/s，深度超过220km，估计其厚度可能大于140km。