本文以关中盆地地下热水系统为例，应用环境同位素和水化学相结合的方法，从地下水系统理论入手，建立了关中地区大气降水的环境效应模型、地下热水的循环概念模型和同位素氚的数学物理模型，并对研究区地下热水的循环模式和可更新性进行了分析。研究结果为关中盆地地下热水的合理开发和利用提供了科学依据。研究得出以下结论： 1．关中盆地地下热水主要起源于大气降水，目前勘探状况前提下，不存在沉积水、岩浆水和海水补给。 2．本区地下热水可划分为两个系统：(1)渭河断裂以北岩溶地下热水系统。(2)渭河断裂以南深大断裂热水系统。其中渭河以南地热系统又分为盆地中部“净热水”亚系统与秦岭山前混合热水亚系统。 3．关中盆地中部咸阳、西安一带为热源的主要分布带，其地下热水基本为“净热水”即非与常温水混合的地热水。“净热水”的补给为晚更新世末次冰期1839米以上冰川雪水补给。渭河以北地热水系统主要为北山裸露碳酸盐岩溶区大气降水补给。处在渭河断裂带及以北的热水对盆地中部地下热水存在部分补给。浅层常温水对深层热水亦有补给。 4．关中盆地南、北山的大气降水在盆地周边沿深大断裂进入盆地内部封闭、半封闭的新生界热储层，在一定深度内被上涌的地幔软流层传导加热，加热后的水由于相对上覆冷水较轻而沿断层向上运行，在盆地周边形成带状热储。热水上行中在断裂破碎处沿径流方向向各含水层做水平运移，形成层状热储。 5．除咸阳西安“净热水”外，关中盆地大多数地下热水由于构造导水作用经历了不同程度的混合。 6．根据地下热水化学温标计算，研究区主要热储温度范围在50～119℃。 7．根据环境氚的数学物理模型计算和碳-14测年结果，关中盆地热水可更新性具有有限性和非均一性特点。盆地周边地下热水存在一定可更新性，盆地中部“净热水”基本为不可恢复的资源。