娘子关泉域群泉是中国北方最大的岩溶泉，泉域汇水面积达7 436 km2，前人认为：泉域内岩溶水由北、西、南3面向娘子关一带径流汇集，由于娘子关一带下奥陶系燧石团块或条带白云岩相对隔水层隆起，并被桃河侵蚀出露，使岩溶地下水溢出地表成泉群，其主要含水层为中奥陶系含石膏碳酸盐岩。但各泉的水化学、同位素特征有差异，娘子关泉群并不是出自统一源。文章通过水化学、同位素、水文地质剖面等方法研究得出：娘子关泉域存在两个含水层、三个子系统：中奥陶系灰岩含水层和中上寒武系白云岩含水层；西部奥陶系岩溶水系统、东部奥陶系岩溶水系统和东部中上寒武系岩溶水系统。泉域内城西泉与程家泉出露于中奥陶系下马家沟组泥灰岩之上，含水层为中奥陶系灰岩裂隙、溶隙水，由于区域下马家沟组泥灰岩隆起隔水出露地表成泉，属于东部奥陶系岩溶水系统；坡底泉、五龙泉、河北泉、水帘洞泉、苇泽关泉其补给主要来源于中上寒武系含水岩组，为承压上升泉，属于东部中上寒武系岩溶水系统。