小汤山的地热温泉由中、上元古界和早古生界碳酸盐岩地层中发育而来，是一个相对独立的岩溶裂隙介质沉积盆地传导型地热系统。地下热水的热源来自盆地深部较均一的热流，在向地壳浅部传输过程中的再分配；补给来源主要是在北部和西部燕山山区的大气降水。地下热水在黄庄---高丽营深大断裂附近与深部热源沟通，充分吸收深部热量后，一部分继续向平原区深部的基岩储层运移，一部分沿大柳树一葫芦河断裂和碳酸盐岩地层向北部运移、赋存，在阿苏卫一小汤山镇断裂处遇阻，沿碳酸盐岩岩溶裂隙排泄，上升至地表，最终形成小汤山温泉。
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