温宿盐谷古地中海是3000万年以前塔里木盆地的一部分，随着板块的漂移，古地中海逐渐退却，塔里木古陆渐渐抬升。这个地区形成了厚逾400米的盐层，这些盐层分布在如今的温宿县塔格拉克牧场至拜城县的大宛其农场一带，当时属塔里木古陆的北缘。随着塔里木古陆的抬升和天山的形成，湖泊历史结束，发育成了内陆湖泊，湖水蒸发后，形成了数千米厚的含有盐分的砂泥岩层，形成了现在的温宿盐谷古地。最后一滴水是托木尔大峡谷。