目前地热资源勘探与开发的范围已经突破了传统地热田的边界，逐渐延伸到热田外围地质条件复杂的地区。南口-孙河断裂带是北京平原区规模最大的一条北西向活动断层，断裂带自昌平南口至北七家段，东部分布有成熟的小汤山地热田和京西北地热田，西部则因地质构造复杂，勘探开发程度较低。近年来西部沿断裂带也发现有较好的热异常，显示了有一定的资源利用潜力。但断裂带东西部地质条件差异较大，尚不清楚地热系统的结构特征及成因关系。本文以南口—孙河断裂带为主线，重点研究其水热系统中存在的一系列地热地质问题，采用地热学和地球物理学方法，分析系统的“源、通、储、盖”特征，研究了其成因模式。　　利用17眼钻孔温度测量数据和548件岩石热导率测试数据，计算了研究区的大地热流值，利用区域重磁、电测深资料和剖面CSAMT、微动测深资料反演地质结构，合并已有钻孔数据构建了三维地质结构模型，并推算出三维温度场模型。研究结果显示，本区现今大地热流介于34.95～101.96mW/m2之间，平均为67.92±20.14mW/m2，略高于中国东部平均值。东部南口—孙河断裂两侧小汤山和郑各庄地区为高热流异常区，中部马池口地区在断裂两侧也存在局部高热流异常区。这几处高热流区形态与重力反映的基底隆起形态相似，形成地热汇集的有利构造，分别是小汤山背斜、郑各庄凸起和南口—孙河断裂北侧基底局部隆起。　　研究显示，南口-孙河断裂带是本区控热、控水构造，其总体走向为NW-SE，倾向SW，为张性正断层，倾角一般大于70°，重力梯度带(7～8mGal/km)宽度500～800m，局部存在次级断裂。断裂的持续活动使断裂带附近地层破碎，形成地下热水活动的重要通道，断裂带内热对流活动强烈。　　本区第一热储层为蓟县系雾迷山组，岩性以燧石条带白云岩、泥晶白云岩、藻团白云岩为主，完整厚度约2200m，大部分地区均有分布，富水性好，在影壁山断裂与南口—孙河断裂交汇部位为“双层结构”;第二热储层为蓟县系铁岭组，岩性以灰质白云岩为主，完整厚度约300m，分布范围小于雾迷山组;第三热储层为长城系高于庄组，仅分布在南口—孙河断裂北侧局部基底抬起区，富水性差。　　南口-孙河断裂带下盘盖层厚度较薄，上盘盖层组合型式复杂多变。重力资料显示自西北向东南发育南口、马池口和沙河三个相连的第四纪断陷盆地。各盆地中心第四系厚度均大于600m，第四系岩性致密，垂向增温率高，形成了本区良好的热储盖层。侏罗系也是本区良好的盖层之一，微动测深视S波速度结构显示，北小营—昌平向斜区域侏罗系火山岩的分布形态为西薄东厚，最大厚度约1500m。　　磁异常资料显示南口-孙河断裂带附近发育多处隐伏岩体，研究区南部、西南部和西部分布着阳坊岩体、葛村岩体和花塔岩体。阳坊岩体规模较大，CSAMT资料显示热储层与其接触产状为西缓东陡。在靠近南口-孙河断裂处花塔岩体与热储层接触产状变陡。岩体形成了本区地热系统的隔水边界。　　本区隐伏岩体规模较小，测年时代为燕山期，利用放射性伽马曲线计算得到岩体放射性生热率为3.14μW/m3，侏罗系火山岩地层放射性生热率为1.67μW/m3，均略高于华北地台酸性火山岩平均值和本区其它沉积地层，但总的来说放射性生热率偏低，不构成附加热源。　　同位素研究表明，本区热水δD和δ18O同位素数据基本上都落在北京大气降水线附近，说明热水起源于大气降水，热水的平均补给高程在200～800m，补给区应位于北京界内的西部、西南部或北部山区。　　综合“源、通、储、盖”特征研究成果，认为南口-孙河断裂带水热系统的成因模式为中低温传导-对流复合型。热水来自西部燕山和北部军都山大气降水的补给，经深循环远距离径流后到达南口—孙河断裂带附近后上涌，形成沿断裂带的地下水排泄区（热异常区）。地下水下渗和径流过程中不断被处于正常偏高热状态的围岩地层所加热，并沿断裂破碎带在浅部热储中汇聚形成中-低温地热田（带）。