承德北部茅荆坝地区地表出露的地热水温度高达98.7℃,赋存于裂隙较发育的侏罗世中粗粒二长花岗岩热储,SO_4~(2-)含量较高,但关于该区地热流体的补给来源、循环演化过程与成因机制研究尚少。为了认识该基岩山区地热系统的成因以合理开发利用地热资源,在区域地热地质调查的基础上,测试分析了不同水体的水化学组分、地下水年龄(~3H和~(14)C)、硫酸盐硫、氧同位素(δ~(34)S-SO_4~(2-)和δ~(18)O-SO_4~(2-))、碳酸盐碳同位素(δ~(13)C-HCO_3~-)、锶同位素(~(87)Sr、~(86)Sr)等特征值。结果表明:(1)茅荆坝地区地热水化学类型以SO_4—Na型为主,硅酸盐矿物的溶解及阳离子交换作用促进了地热水中Na~+、K~+和SiO_2的富集,水中SO_4~(2-)并非来源于硫酸盐岩矿物溶解,推测为H_2S气体从深部还原环境上升到浅部氧化后生成SO_4~(2-),也可能来源于高温地热水与硫反应形成的硫酸盐;(2)地热水n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)均值为0.709 2,与海相碳酸盐岩比值接近,揭示热储深部可能存在海相碳酸盐岩储层;(3)地热水属于古地下水,~(14)C校正年龄为11.9~14.9 ka,循环更新能力差,由周边山区的大气降水补给,补给高程在1 532~1 632 m;(4)地热系统深部热储温度为142~144℃,高温中心位于热田北部。研究结果对冀北山地地热资源的可持续开发利用具有重要意义。