本文对巴丹吉林沙漠及周边地区地下水进行了氢、氧、碳、氦、铀及锶等同位素水文地球化学研究，同时建立了相似优先比模型，用于研究区域水化学指标的聚类分析。研究成果总结如下： a)湖盆的瑞利分馏模型中，只有补给量大到一定值后，计算得出的氘氧同位素的值才满足巴丹吉林沙漠湖泊水的实测值范围，此时湿度h不再是引起其值变化的主要因素，补给水量才是影响巴丹吉林沙漠地下水氘氧值分布的关键。这一结果表明降水不是沙漠湖泊形成的主要补给源； b)巴丹吉林沙漠的地下水并非古水，也不是古水与现代降水的混合，而是核爆之后产生的现代水通过深大断裂带补给的，沙漠周围山地地表临时径流和基岩裂隙水只对沙漠边缘地带浅层地下水有补给作用，而对沙漠内部地下水的补给极其有限； c)黄河源头的扎陵湖与鄂陵湖存在渗漏，受强烈蒸发的湖水通过断裂带补给巴丹吉林沙漠的地下水形成湖泊群。巴丹吉林沙漠地下水的氘氧同位素偏离全球大气降水线发生异常的最直接原因应是补给源头的蒸发作用，其余如水岩相互作用、反复蒸发动力效应和高程效应也是主要的影响因素； d)巴丹吉林沙漠高大沙山是由地下水维系的，沙丘内部的水上升至地表时发生强烈蒸发，下部的水又不断补给，以至经历补给．蒸发．补给的反复过程，使得氧同位素强烈富集； e)由聚类分析推论得出：巴丹吉林沙漠、古日乃、温图高勒不同地点的泉水、井水样品聚类结果相近，说明它们之间很可能存在特殊的渗透通道。黑河水与祁连山融水的相似程度比巴丹吉林沙漠与祁连山融水的更大，可排除其补给以诺尔图为代表的巴丹吉林沙漠地下水的可能性。由聚类结果的相互关系及远近推测渗透路径可能是：地下水经由巴丹吉林沙漠海子补给古日乃和温图高勒，古日乃和温图高勒的湖水样的发散估计与强烈的蒸发作用有关，或长时间与周围岩土体发生离子交换变化所致； f)巴丹吉林沙漠湖泊与高大沙山共存的奇特景观是在地下水与风的共同作用之下形成的，地下蒸汽总量控制着沙山的规模，而断裂带的展布则控制着沙山的走势。