本文以青海省乌兰县毛牛山地区牦牛山组地层为研究对象，从地层的分布特征、沉积环境、岩石学、岩相学、地球化学等方面入手，对毛牛山地区泥盆系地层及其火山岩进行了综合研究，本次研究填补了前人对柴北缘牦牛山组火山岩的研究不足，结合岩石组合特征、地球化学特征及区域构造演化特征对毛牛山地区古生代的地质演化进行初步探讨，认为牦牛山组火山岩形成于板内伸展体制下的大陆裂谷环境。首先通过野外地质路线及剖面测量，查明了本区牦牛山组可划分为四段，而非前人认为的两段划分，在原来两个岩性段的基础上，在该组顶部新发现了一个碎屑岩段和一个火山岩段。并首次对牦牛山组碎屑岩进行了粒度分析，且在第一岩性段顶部发现山前泥石流堆积。最后通过地层的对比与划分，得出毛牛山地区泥盆纪存在两期火山活动。其次对牦牛山组火山岩的系统研究发现其岩石组合为安山角砾岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、角闪安山岩和石英安山岩，总体上属于钾玄岩系列。其地球化学特征如下，主量元素：SiO2的含量变化范围在58-66%、w（Na₂O+K₂O）为8.56-10.31%、铝饱和度（A/CNK）的值均大于1、w（Na₂O）/w（K₂O）为0.7-1及贫钛；微量元素：高场强元素U、Th、Pb元素富集，大离子亲石元素Rb、Ba等适度富集，亏损Sr、Y、Yb等元素，稀土配分曲线为明显右倾型，具有显著的负铕异常。得出牦牛山组火山岩具有钾质火山岩的特征。最后通过地球化学方面的证据，同时结合区域地质演化特征，得出毛牛山火山岩的形成环境应该为板内伸展体制下的大陆裂谷型火山岩。