研究区位于内蒙古自治区兴安盟阿尔山市,在新华夏系交错断裂的影响下,具有良好的地热地质条件,在4km²的小范围内出露36眼温度不同的泉水。由于前人对其成因机制的研究尚不深入,同时长期的开发造成地热资源的浪费及温泉出露温度的逐年下降。因此研究泉群成因循环机制对于弥补研究空白,保障泉水资源的可持续开发利用尤为重要。本次研究以阿尔山市区出露的冷热泉群为研究对象,通过地质调查及土壤氡物探测试方法获取区内隐伏断裂分布范围。综合利用地球化学、环境同位素、水文地球化学模拟及地下水热数值模拟等方法得出阿尔山泉群地球化学特征及成因机制,建立冷热泉共存模式下的地下水热循环概念模型;利用数值模型定量分析天然条件及现状开采条件下的地下水热场变化规律,得出泉口出露温度随开采量变化规律,制定合理的水资源开发利用方案,为研究区地热资源的可持续开发利用提供理论支撑。研究结果表明,研究区的围岩为一套壳源成因的钙碱性火山岩,新华夏系后受到高温岩浆的作用逐渐减弱。南区冷泉以北50m×30m的范围内存在侵入花岗岩体,隔绝了南北两区大部分的水热交换,同时浅表破碎带为流体及气体的向上迁移提供了良好的通道。受地层岩性及构造的影响,研究区南部冷泉出露的温度为6.5¹3℃;北区的泉群出露温度为13.3⁴8℃,由南区向北区过渡,地下水类型由HCO₃-Na·Ca型演化为HCO₃-Na型。研究区泉水主要为大气成因,脱气作用基本上发生于地壳范围内。南区与北区的泉水处于不同的地下水系统中,南区冷泉处于开放环境,更新能力强,为浅循环地下水,氚测年结果约10a,更新循环速率约为2.5⁵.3%/a,北区泉群氚测年的表观年龄为70-90a,为封闭条件下形成的深循环地下水,滞留时间大于70a,更新循环速率约为0.23¹.95%/a。利用矿物—流体化学平衡并结合不同地热温标估算出区内的热储温度范围为60⁹0℃。利用硅-焓图解法及硅混合模型所计算得出冷水混入比例处于55%⁸9%之间。综合以上分析总结出研究区水-热对流型地热系统冷热泉共存的形成模式,在此基础上利用Feflow软件建立研究区典型剖面的地下水热耦合二维剖面模型。结果表明泉区模拟温度与实测温度误差基本处在5%以内,拟合效果较好;根据地表温度的分布规律及地形起伏将研究区划分为三级地下水热系统。在天然条件下,水热条件达到了动态平衡状态,温泉的出露温度在48℃左右波动;在现状开采50年的条件下,温度最高的温泉出露温度下降了4.1℃。综合考虑水热耦合模型预测结果及经济开发现状,建议热水开采量的合理范围为480⁶40 m³/d。建立地热水综合循环利用系统及分级监测系统,为泉群可持续开发利用提供基础。