1. 深部地殼結構。
 
  華北盆地的深35km殼結構在其南部和北部有著明顯的不同。盆地莫霍面的深度在黃河以北變化較大，多在35km左右，石家莊至衡水之間則小于34km；在天津、搶縣至東明一線以東，  沿黃河而至渤海灣、經長島而至遼東半島之間的廣大地區(qū)和海區(qū)，地殼厚度多小于35km，渤海拗陷地殼最薄處可達29.9km(據(jù)中國地殼上地幔地球物理探測成果，1986)。這一特點與華北盆地北部區(qū)域性的較高地溫分布區(qū)基本一致。而盆地南部地殼厚度變化較小，且較北部厚2km左右，莫霍面呈向西微傾的平面，地殼向西逐漸增厚；地溫相對較盆地北部為低。由上可知，在區(qū)域地溫分布上深部地殼結構對其起著極其重要的控制作用。
 
  2．  區(qū)域地質構造。
 
  華北盆地在古生代是一穩(wěn)定而又古老的地塊，自中新生代以來構造活動加強。盆地北部基底形成一系列不對稱的地塹地壘式構造(高名修，1974)，深部地幔上隆，幔源物質沿隆起斷裂上涌并侵入中新生代地層之中，這都表明北部地溫較高是具有一定的區(qū)域構造和深部地質背景的。而盆地南部，在中新生代時期地殼活動較北部為弱，形成大面積近東西向或北西西向的隆起和拗陷，深部幔源物質的侵入亦較北部為少，它仍然處于較穩(wěn)定的升、，降運動狀態(tài)之中，因而使盆地南部具有較盆地北部地溫偏低的地質背景。
 
  盆地中的地溫分布與基底構造的性質、形態(tài)及其活動性有密切的關系，局部地熱異常區(qū)的形成多受基底斷裂構造的控制。如前所述，盆地的地溫分布呈低、高、低條帶狀分布，并與基底的凹陷一凸起一凹陷相對應，且高地溫分布區(qū)多靠近隆起、凸起邊界斷裂的一側；這些現(xiàn)象都說明了基底構造對地溫分布的控制作用。盆地中的高地溫分布區(qū)的地溫陡變帶和地溫梯度陡變帶多與上述盆地中的斷裂有關，表明沿斷裂有熱物質的流動與積聚而導致了局部地區(qū)地溫的升高。盆地南部雖有類似現(xiàn)象，但表現(xiàn)的不及北部明顯。這進一步證明華北盆地北部比南部構造復雜且活動性強。
 
  從盆地的地震分布和地震活動分析，華北盆地中的地溫和地溫梯度陡變帶是區(qū)域地震的常發(fā)區(qū)。盆地北部的唐山、寧晉、河間、隆堯、邢臺及渤海等多震區(qū)，一般都在凸起與凹陷的邊界斷裂地帶，這些地區(qū)地溫較高，且向兩側變化較大，形成區(qū)域性或局部的地溫和地溫梯度的陡變帶，它與地震的分布一致。據(jù)此可以認為地震的活動性亦可能與深部構造變動所伴生的熱物質運動有關，或反之由于深部熱物質的運動所引起的構造變動而導致了地震的發(fā)生；無論哪種原因，地震總是與地溫分布的陡變帶有著一定的內在聯(lián)系。
 
  3.地下水活動。
 
  華北盆地的邊緣與周圍隆起區(qū)之間常有巨型深大斷裂存在，并形成山前拗陷。這里堆積了大量顆粒較粗的碎屑巖層，在一定的深度內(1000-2000m)受地下水強烈徑流的影響，常形成盆地邊緣的低溫分布區(qū)。只有在深部當?shù)販睾退疁剡_到平衡之后才能反映地溫的真實情況。因此盆地邊緣的地溫分布僅客觀地反映了在地下徑流影響下一定深度以內的地溫狀況。而在盆地深部，由于熱水沿斷裂的上涌，則常常形成正常地溫分布情況下的高地溫分布區(qū)（亦稱為地熱異常區(qū)）。
 
  4．  巖石性質。
 
  在縱向上，華北盆地的地溫分布則受巖石的性質、結構、構造及其成分的影響。隨著深度的增加，巖石逐漸壓密，其熱傳導性能變大，故在深部的地溫梯度逐漸變小，增溫級增大；這一現(xiàn)象比較普遍。但由于巖性的變化亦有梯度變大，增溫級變小的情況。如盆地中的泥巖、砂巖、頁巖、油頁巖以及鹽巖和膏巖等巖類，其巖石性質不同，熱導率也各異，在不同深度上與其相應井段的地溫梯度和增溫率就有所升高和降低。因此，在深部的個別層位上表現(xiàn)出來的地溫梯度和增溫級的變化主要是由于上述因素影響的結果。
 
  5．巖漿活動。
 
  在中新生代時期，華北盆地有多期巖漿活動，特別是自始新世、漸新世至中新世之間，曾多次發(fā)生火山噴發(fā)和巖漿侵入；形成第三系沙河街組和東營組中的多層的玄武巖、輝綠巖及火山碎屑巖層；由于侵入時間較久遠，其熱量已散失殆盡，對區(qū)域地溫分布已無影響。但盆地中的兩個火山錐則引起了人們的注意，即海興縣的小山和無隸縣的大山，它們都是第四紀的火山錐，據(jù)古地磁測定小山的年齡界限為2-3萬年，屬更新世末期至全新世早期；大山k-Ar同位素年齡為55萬年，應屬更新世中、早期活動的產物，但考慮到大山的火山體穿透了平原沉積層，周圍的土層被烘烤等現(xiàn)象，可以把其活動時間暫定為更新世和全新世（陳墨香等，1988)。陳墨香等人以此為前提對火山體的放熱量進行了計算，認為在更新世中、早期及晚期的，規(guī)模較大直徑在l-4km的圓柱形的火山活動的巖漿體，至今仍可能有部分的殘余熱量影響閱圍的地溫分布。而現(xiàn)今在大、小山附近，深400-500m的鉆井中測得較高的地溫，地溫梯度可達6-7℃/100m。在這里巖漿巖的余熱對地溫場的影響是可能存在的。但它正處于埕寧隆起之上，并有深部斷裂存在，高地溫的出現(xiàn)亦可能由其他因素引起，是否存在巖漿余熱的影響問題，目前爭議較大，尚待進一步深入研究。
 
  綜上所述，同中國其他大型盆地相比，華北盆地是屬于地溫較高的盆地之一，與中國中部及西部同等深度相比，其地溫一般高出5-10℃，地溫梯度多高出0.5-1℃／100m。地溫場的分布特征，也與中部和西部諸盆地有明顯的差異。