早在20世纪40年代初，夏鼐等老一辈考古工作者在黑水国发现有马厂式陶片。五六十年代，国际友人路易·艾黎曾多次前往黑水国考察，也找到不少彩陶片。20世纪80年代文物普查过程中，从黑水国拣到不少彩陶片及几件打制石斧，但由于沙埠纵横弥漫，遗址未能发现。1992年，笔者在黑水国沙窝漩中考察时，发现较多的彩陶片，继续查寻，找到马厂文化堆积层，后来对周围地段进行了全面调查，共找到史前文化遗址5处，分别编号为MA点、MB点、MC点、MD点、ME点。
MA点位于南城西，西临面粉厂农场，北临汉代大型建筑遗址，面积约100平方米，地面散布较多的夹沙陶片，均为细绳纹，未见彩陶，从采集陶片分析，器型有鬲、双耳罐等，石器有双孔石刀、打制石斧、琢制石斧、环形石器、斧形小石器（打制），另见有骨锥和泥质陶珠等物，该遗址堆积层较薄，1996年因开垦荒地而全被毁坏。
MD点居东，东南距黑水国南城约1公里，地表发现灰层，有少数网纹彩陶片和打制石块。
MB、MC、ME三处遗址堆积层较厚、分布面积较大，位于MA、AD点之间，MB点与MC点被一条古河床隔开，古河床填满了沙土，其中也夹杂不少陶片。
MC点与ME点被一道沙丘隔开，这三个遗址应该是一个整体，从西南向东北延伸，总面积约35万平方米。从古河床冲刷的断面看，堆积层最厚为1.8米，最薄处接近地表，根据甘肃省考古研究所专家简易调查，堆积有8层，遗址上有密集的残碎陶片和较多的石器。陶片绝大多数为夹沙红陶，极个别为泥质红陶和灰陶，从器表纹饰来看，彩陶为主，印纹陶次之，多数大件器物片和少数小件器物为素面。印纹陶有绳纹陶、条纹陶和麻窝纹三种。另有划纹陶、窝点纹、附加堆纹、附加凸线压成锯齿纹或联珠纹。
彩绘一般在陶衣上进行，银白色陶衣陶器的彩绘料为暗黑红色，这类陶片极少见，其余彩绘料均为黑色。彩绘纹饰均以直线构成，有三条线、粗细平行线、锯齿纹、宽带纹、三角网、网纹、菱形纹、菱形网纹和三条线网纹，网纹绘成三角纹、菱形、拆带、连续回纹等图案。器型有罐、勺、豆、碗、陶、纺轮、釜、盆、单耳杯、瓮和带角状鋬、凹尖葵叶形器盖的陶器。器型特征上，容器除碗、豆、釜外均为平底，侈口大罐和高领罐较少，短直领撇沿罐较多。鼓腹罐较多，圆腹罐次之，深腹罐较少，鼓腹罐双耳之下多有乳状装饰，或称乳突。遗址中仅见一件锥状袋足。彩陶胎厚多数在0.5厘米左右，大型容器胎厚可达1厘米，遗址中见有胎厚0.3厘米的彩陶片。多数黑彩绘颜料精细，渗入胎内，少数彩绘有凸起的现象。黑水国史前文化遗址的石器有打制石器、磨制石器，兼有琢制方法。石器以斧、刀、杵、石锛、纺轮、盘状敲砸器、打磨器为主要特色，同时伴有大量的细石器。这是甘肃、青海地区马家窑文化诸类型普遍的特征。
从彩绘上来看，以网格纹、平行线纹、菱形纹、折线（带）纹为主要形式，属于典型的马厂文化类型，民乐东灰山、西灰山的四坝文化中也有这类陶器，羊角状鋬在东、西灰山遗址中也多见，不同之处在于后者不作彩绘，有四个棱角，凹尖葵叶状器在后来的骟马文化中也有。
黑水国马厂文化遗址中夹杂有大量的细石器遗存，这与齐家文化武威皇娘娘台类型、武威郭家庄等，但在数量和石器结构上都不比黑水国马厂文化遗址细石器之丰富，这或许是调查所限。马家窑文化至四坝文化的诸遗址（或类型）中，细石器的存在与否并不能完全说明时间的早晚，主要说明生产、生活方式的不同。
另外，采集贝壳标本近10件，可能为装饰品或货币。遗址中多见有小型琏珠。从质地来分，有陶质、石质和珍珠等三类。陶珠作短管状，个别作蝌蚪状，石琏珠有环状和短管状，钻孔多以梃钻法钻成，孔细而均匀。有一种环状琏珠制作技术较先进：先选择石料钻孔，再磨成长管状，最后锯成若干个环状琏珠。
铜器：遗址中采集刀状铜片3件，锥状铜器1件，均为红铜。此外，发现有冶炼铜的原料——孔雀石块，可证在马厂文化时代，已掌握了冶炼铜的技术。根据调查认定：黑水国原始遗存有马厂、齐家和四坝（或火烧沟文化）等四个文化类型。
马家窑与半山、马厂三个类型的年代，据碳-14测定，马家窑文化约在公元前3100—前2700年，半山类型约在公元前2600—前2300年，马厂类型约在公元前2200—前2000年，齐家文化约在公元前2050—前1955年，四坝及火烧沟未作碳-14测定，根据陶器与马厂及齐家文化密切的关系。有人认为四坝文化（或火烧沟文化）由马厂文化发展而来，或以为深受齐家文化影响，相当于齐家文化晚期。通过对黑水国马厂文化与四坝文化的比较，明显地看出前者早于后者，后者源于前者的关系，马厂文化的黑水国遗址与马厂文化的下河清遗址从年代到性质上是一致的，四坝文化与火烧沟文化的年代与性质一致，甘肃西部的马厂文化发展为四坝文化（或火烧沟文化）是无疑的。在甘肃中部及至西部武威一带，马厂文化深受常山下层文化的影响，发展成为齐家文化。马厂文化本身也存在东西地区的差别，东部马厂文化以农耕为主，不存在细石器，或者只存在个别并不代表细石器传统工艺的细小打制石器，西部马厂文化则普遍存在着狩猎活动，细石器较多；从彩绘上看，东部继承了半山文化的圆点、圆圈纹饰，西部则只继承了半山文化的直线和直边几何形构图纹饰；从陶质上看，东部以泥质陶为主，西部则以夹沙陶为主。接近四坝文化的齐家文化，尤其是皇娘娘台类型，也明显深受西部马厂文化影响，从陶质、彩绘、细石器上均可表明，由西部马厂文化发展而来的四坝文化同样存在区别：四坝滩与东灰山遗址不存在细石器遗存，西灰山有少量细石器遗存。至商周之际，河西走廊东部的齐家文化发展为沙井文化，西部的火烧沟文化发展为骟马文化，走廊中部的四坝文化发展为接近沙井文化的类型，在黑水国、东古城、小河滩、碱滩等地均有遗存，这个时期，金属生产工具大量出现，石器退化减少，陶器作沙质，不见彩绘，袋足炊器发现极少。由于普遍流行游牧，遗址零散，堆积层（灰坑）较薄。
