觀音山是臺灣北部岩區中最西北側之火山單元，以淡水河與大屯火山群遙遙相望，基本上為單一中心噴發的複式火山。觀音山火山之主體可能是一中央噴發之錐狀火山，錐體半徑約1～2公里，噴發中心在觀音山主峰之東南方。在凌雲山一帶之半環形之連峰可能是火山口壁之西側。在此以東，在石壁坑附近之地形，呈馬蹄狀之半圓形凹陷可能是火山口所在，但火山口之東壁已經爆破或塌陷而崩潰，其部分碎屑構成分布於凌雲山以東地區之集塊岩或原先之火山碎屑流與火山礫岩。

　　觀音山出露之主體並未含有可觀的火山碎屑岩，仍以厚層的岩流為主。觀音山噴出熔岩流也和大屯火山群相似，均以安山岩為主。一般安山岩常呈灰或灰黑色，且多呈斑狀結構，由結晶較粗大之斑晶散布在石質細密之石基中。斑晶礦物以鎂鐵礦物為多，包括橄欖石、輝石、紫蘇輝石、角閃石、黑雲母等礦物，此外還有灰白色的斜長石。石基以斜長石和一些鎂鐵礦物的微晶(肉眼不能分辨的)和無結晶的火山玻璃所組成。

　　本區安山岩熔岩依噴發之先後，由下而上可分別為三層，各層岩石在組織上和成分上都有多少不同。

　　輝石安山岩屬於底層(第一層)，是粗粒普通輝石玄武岩或玄武岩質安山岩熔岩。主要露出於火山錐體之中心地帶，包括石壁坑及其東側之米倉村、烏山頭，至福隆山等地。安山岩顏色深灰，呈斑狀結構有許多黑綠色之普通輝石斑晶，散布在灰色細晶之石基中，斑晶大者可達 5公厘（毫米 mm）左右。在顯微鏡下觀察岩石薄片，這些斑晶多成雙晶或叢晶(由數個晶體結集而成)，輝石之外還有多數斜長石和少數橄欖石。