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可可西里山脉的岩石丰富多样。其中，在西金乌兰湖、移山湖一带发现了具有洋壳性质的蛇绿混杂岩，并发现了大量的放射虫和海绵化石，其时代可确定为早石炭世－早二叠世，这是这一带已知发现的最老地层。这表明，早在3亿年前，可可西里地区就已经是古特提斯海的一部分了。
到了晚二叠世－早三叠世，可可西里地区已属于相对稳定的滨海和浅海环境。科学家在这时的灰岩层中发现了早三叠世的双壳类、腕足类、有孔虫等化石。到中、晚三叠世发生大规模海侵，发现了晚三叠世的双壳类、腕足类、有孔虫等类化石<ref>[[ http://news.sina.com.cn/c/edu/2006-11-20/091810548431s.shtml 可可西里山脉 ： 地质变迁的时代记录者]]，新浪网 ， 2006，2006-11-20 </ref>。
变化就在运动中。距今约1.95亿年的三叠纪末，羌塘地块向北推挤，发生强烈的造山运动，于是使乌兰乌拉－夏仑曲断裂以北的可可西里地区褶皱隆起成为山地。