牛门洞遗址以头寨子镇牛门洞村为中心，东北达西湾、灰条湾、清明湾、中湾顶、华岔阴山等地的山梁上；北面靠中湾村，与大地梁遗址相连；西北面接喜坪村，与铁木山遗址相邻；西南面接定西县石峡湾乡，沿山梁可与大泉湾梁遗址相接。文化层厚约1~2米，属新石器时代马家窑文化至齐家文化类型。
牛门洞遗址地处西北黄土高原，地形以沟、峁、塬为主，遗址所在局域地势由西南－东北倾斜，以山地地形为主，梁、峁起伏、沟壑纵横呈树枝状分布，多”V”形深谷，沟壑两侧为黄土堆积侵蚀而成的缓坡台地。牛门洞遗址分布于以牛门洞村东北的黄土堆积侵蚀形成的山梁、沟壑、台地等地形比较平缓向阳避风的山湾两侧及山梁上。遗址面积广阔，东北达西湾、灰条湾、清明湾、中湾顶、华岔阴山等地的山梁上；北至中湾、大地梁、献羊湾；西北面接喜坪村，与铁木山遗址相邻；西南面接定西县石峡湾乡，沿山梁可与大泉湾梁遗址相接。文化层厚约0.5~1米，该遗址文化遗存有新石器时代仰韶晚期文化、马家窑文化马家窑类型、半山类型、马厂类型、常山下层文化及齐家文化。
根据勘探和详尽调查，该遗址内有仰韶晚期文化遗存、马家窑文化的马家窑、半山、马厂类型、常山下层文化及齐家文化，该遗址延续时间较长，各个时期文化及文化类型在遗址内交叉分布，相互叠压，但有几处相对较集中的单一文化遗存分布区。根据遗存分布状况、文化层堆积断续现状、地形地势等因素建议将牛门洞遗址分为以下几个重点区域：
（一）背后湾—黑林湾区：该区域位于牛门洞村西北约300米，GPS坐标N:35°56′20.7″，E:104°45′5.7″。背后湾地势东高西低成缓坡状，簸箕形山湾，面积约1.4万平米。黑林湾位于背后湾东北，GPS坐标N:35°56′30″，E:104°44′57″。隔山梁于背后湾相接，地势西南高东北低成缓坡状，面积约1.5万平方米。此区域经勘探主要遗迹有灰坑、房址，有一处房址呈圆形半地穴，直径约2.5米，有后约4厘米左右的踩踏面。在山梁上有零星的墓葬，形制长方形，长约2.5、宽约1.2、距地表2.4米。文化层后约0.5~0.7米，从地面采集的陶片看，该区域主要以马家窑文化的半山类型为主，也有个别地段散布有马家窑文化的陶片。
（二）华岔阳屲区：该区域位于牛门洞村东北约300米，现牛门洞至铁木山公路县级公路Y490从华岔阳屲山梁穿过，在山梁东、东北、西北均分布有地势相对较缓的山湾，现为台阶梯田，经勘探未发现有遗存分布。遗存主要分布于山湾顶部的山梁上，该山梁俗称华岔阳屲，由东西向和南北向两个山梁组成，面积约10万平方米，GPS坐标N:35°56′28.3″，E:104°45′15.3″。此区域经勘探遗迹有灰坑、灶址、墓葬等，遗迹相对密集，但因上世纪七十年代平田整地破坏极其严重，遗址区主要分布于山梁北侧、东侧及西侧的地势较缓避风向阳接近山梁的缓坡上部，山梁顶部有分布面积较大的墓葬区，墓葬形制竖穴土坑，一般长约3~3.5米，宽约2~1.20米，距地表0.8~2.5米，墓葬分布较密集。但由于平整土地和人为盗掘破坏相当严重，地表残存大量的彩陶片及断崖、地埂有大量盗洞。该区域从地表采集的陶片判断是以马家窑文化马家窑类型、半山类型为主的遗存，在山梁缓坡地带也有常山下层文化的陶片和墓葬，是牛门洞遗址区遗存分布比较密集的区域，也是牛门洞遗址的中心区域。
（三）红土沟阳屲区：该区域位于牛门洞村西北约2.5公里的红沟阳屲村东约500米，遗址主要分布于从背后湾向西北延伸的一条山梁东侧的较缓山坡上，面积约1.2万平方米。遗址区内有一条东西向冲沟，冲沟断面黄土堆积层下有一层较厚的红土堆积，俗称“红土沟”。该冲沟将形成时间较晚，是雨水冲刷形成，在冲沟两侧断崖剖面上暴露有灰坑、灶坑、陶窑等遗迹。遗址区主要分布于冲沟两侧地势较低、相对平缓的山坡上。山坡现有植被主要是人工栽植的灌木丛，在地表有大量的细绳纹、附加堆纹、戳印纹、压印纹的夹砂红陶片及彩陶片，该区域主要分布有仰韶晚期文化。
（四）清明湾—回条湾区：该区域位于牛门洞村北有800米，县级公路Y490的西侧,南隔山梁与背后湾—黑林湾相接，西北侧至大地梁西北的大嘴梁，由大地梁南端向东南-西北向延伸的三道山梁和两个大山湾组成，面积约50万平方米，GPS坐标N:35°56′43″，E:104°45′11″。据说在上世纪七十年代修梯田平整土地时出土大量墓葬，山湾较平缓地带现已为落差较大的台阶梯田，破坏较严重，地埂断崖剖面未见到文化层堆积及遗迹、遗存。从这次勘探调查看在清明湾东侧山梁、回条湾西北侧山梁上有零星遗迹、主要有灰坑、墓葬等。地表陶片也不丰富，主要分布于靠近上部的山梁上部，地势较低较平缓的山沟两侧反而不见。该区域遗存以马家窑文化半山类型为主。
（五）小西湾区域：该区域位于牛门洞村西北约800米，县级公路Y490东侧，西南接华岔阳屲，西至大地梁与清明湾、回条湾相邻，西北达庄子村西南，东到大西湾底部冲沟，面积约10万平方米。GPS坐标N:35°56′45″，E:104°45′35″，小西湾区域地形以东低西高的缓坡为主，个别小范围区域相对平缓，由于被雨水冲击水土流失区域内形成多条东西向、南北向深浅不一、长短有别的冲沟，将整个区域分成三块面积大小不等的簸箕形台地，其中在小西湾、庙嘴上、李家沟三块较大的缓坡台地上勘探、调查，其范围内文化层堆积较厚，在0.7～0.8米左右，经勘探在大地梁自然村南至冲沟的大范围内均分布有灰坑、某些地段灰坑直径约5～6、深约1.2米，坑内堆积为灰褐色灰，含草木灰、红烧土、陶片等，个别灰坑底部有2～3厘米踩踏面，地面多红褐色，有泥质、夹砂陶，纹饰有附加堆纹、线纹、压印纹，器形有罐、盆、缸等器物，有少量的彩陶片。从勘探看庙嘴上、小西湾区域主要分布有灰坑、房址等遗迹，文化性质以马家窑文化半山类型、常山下层文化的遗存为主，而李家沟缓坡台地遗存主要分布于李家沟村东较高的山坡上，主要是常山下层文化的墓葬，形制长方形竖穴土坑，长1.5～2.3米，深距地表约1.5～2米。
（六）鸡山嘴—大嘴梁区域：该区域位于上庄子自然村东北的大地梁上，西南与回条湾相接，东至献羊湾，南抵上庄子村北的Y490公路。面积约2万平方米，GPS坐标N:35°56′51.9″，E:104°45′24.7″。该区域遗迹经勘探、调查主要的遗迹有灰坑、墓葬既疑似房址的遗迹。主要分布于鸡山嘴、大嘴梁地势相对较平缓、坡度较小的山梁顶部及山坡上，山梁两侧坡度大地势较陡的山坡上未发现有遗迹分布，遗迹分布比较分散，文化层较薄，但地面陶片较多。灰坑为圆形、椭圆形，直径3～5、深约2米，最大一灰坑直径约8米，坑内堆积为松散的灰褐色土，含草木灰、红烧土极少量的陶片；墓葬为长方形土坑竖穴，长约1. 8～2.5、宽约1.2～2、深约2.4米。从调查及地面采集的陶片看此区域内分布有马家窑文化半山类型、马厂类型的陶片有零星齐家文化的陶片。
（七）献羊湾区域：该区域位于大地梁自然村北约100米，东接鸡山嘴、大嘴梁，西至铁木山东，南达经大地梁的Y490公路。西北部GPS坐标N:35°57′18.6″，E:104°45′43.20″东南部GPS坐标N:35°57′14.7″，E:104°45′45.4″。地形以东、西、南山梁之间的“V”形缓坡为主，面向西北，披风向阳，在山坡中部有冲击形成的沟壑，沟壑底部有泉水。经勘探遗迹主要分布于冲沟东南缓坡山湾中，面积约5万平方米。遗迹有圆形、椭圆形灰坑，直径约4～7米，堆积后1.2～2.3米。在献羊湾东侧的山梁顶部台地献羊墩以及其北的王家泉梁西侧的山坡上有大面积的墓葬分布区。献羊墩为四周低中间高，顶部平整，面积约2000平方米，在台地内有大量被盗掘的墓葬，墓葬形制长方形土坑竖穴，长约2～2.5、宽约1.2～1.5、深约1.5米。王家泉梁位于献羊墩北约150米，墓葬主要分布于山梁顶部向北延伸的山坡及山梁西侧缓坡上，面积约5000平方米。墓葬形制长方形，长约2～2.5、宽约1.5～1.8、深约1.3米。献羊墩和王家泉梁该区域墓葬分布密集，数量大，是一处较单一而典型的马家窑文化半山类型墓葬区，盗掘非常严重，地表散落有大量人骨及破碎的陶器。
