臨沂市在大地構造上屬于華北板塊魯西隆起區南部，郯廬斷裂山東段即沂沭斷裂帶將其分成東西兩個地塊，斷裂東西兩側的沉積和地層截然不同。沂沭斷裂帶是一條深切至地幔、破碎寬度大的深大斷裂，斷裂以東屬膠南-威海隆起區的巖石區，長期遭受剝蝕，為侏羅系、白堊系地層;斷裂以西除志留系、泥盆系、三疊系、古近系、新近系地層缺失外，其他地層均有發育。區內地層系統較為復雜，受構造影響，地層多為NW-SE向展布，在凹陷區覆蓋較厚的中生代地層。

臨沂市大部分地區主要為花崗巖、灰巖、砂頁巖的裸露區，巖漿巖分布面積廣，約占全區面積的1/6，主要分布在斷裂帶的凸起斷塊上，巖性主要是二長花崗巖、閃長巖和花崗閃長巖之類的酸性巖漿巖。第四系地層普遍欠發育，在不同地區厚度不同，一般為0.5～7 m，河道地區主要分布著砂礫石，丘陵和平原地區主要沉積著亞黏土和亞砂土。

構造條件

臨沂市地處華北板塊魯西隆起的南部、沂沭斷裂的南段，斷裂、褶皺等構造均有發育，地質構造復雜。自前寒武紀至晚古生代研究區內經歷過一系列強烈的構造運動，發育了四條主要的深大斷裂帶:鄌郚—葛溝斷裂、沂水—湯頭斷裂、安丘—莒縣斷裂和昌邑—大店斷裂。構造斷裂處地熱異常，熱源為上地幔和深部地殼巖體中儲存的大量溫度高且穩定的熱;熱儲溫度場為受構造斷裂控制的基巖裂隙;蓋層為寒武系砂頁巖、白堊系凝灰巖、砂礫巖。這些構造運動和斷裂帶的存在為地熱資源的形成提供了良好的地質條件。臨沂市構造斷裂較多且活動強烈，這為其提供較為有利的構造條件。臨沂市地熱資源集中分布在構造斷裂帶附近，多以構造模式下的地熱溫泉出露，著名的地熱溫泉有智圣溫泉、湯頭溫泉、觀唐溫泉，均沿斷裂帶分布，屬于構造控制型地熱溫泉。

補給水源

深層地下水的活動與水動力條件密切相關，水動力條件強時，地下水運動也相對活躍，水動力條件弱時，地下水運動也相應減弱。臨沂市構造發育，地質條件復雜，地下水的補給、運移和賦存等受構造活動控制。臨沂市背靠沂蒙山，面向沂河谷地，為典型的沿河型城市。臨沂市地下水的補給水源主要為大氣降水補給，地下水的主要流向為沿地勢較高的沂蒙山向東南徑流至沂河谷地，流量在逐漸增加。

臨沂市地熱溫泉多在河谷、河流階地等地出露。出露地點多數為海拔高度較大的山地前緣，山地地區的大氣降水沿地表下滲進入基巖裂隙，在吸收巖體中賦存的熱量之后，通過地下徑流匯集形成熱水富集區，熱水富集區受到海拔高度的影響形成靜水壓力差，受壓力的影響最終在裂隙帶或地表較破碎地區出露形成溫泉。

熱源

在巖漿巖廣布的地區，當地下水或地表降水與巖體斷裂帶熱接觸時，水體吸收巖體斷裂帶中的熱可形成地熱水，從而形成溫泉。另外，根據地溫梯度的變化，隨著深度的增加，地下溫度在逐漸增加，這也可以提供大量的熱源。因此，有學者認為地下熱水的熱源來自巖漿活動的熱量。他們同樣認為，地殼活動產生變形，變形較大之后會產生一系列的構造活動，構造活動也會帶來大量的熱量，這些也可以支撐溫泉的熱量來源。隨著對地熱研究的不斷深入，部分學者對巖漿巖是否能為溫泉提供熱源提出了不同的觀點，他們認為在巖漿活動不活躍的地區，巖漿余熱不足以支撐溫泉的熱量來源，部分溫度較高的溫泉水可能開采自深部地下熱水，其熱源并非巖漿余熱。臨沂市溫泉的熱源主要依靠地殼內部的巖漿作用產生的熱量以及構造活動產生的熱量，這些熱源為臨沂市溫泉提供較為充足的熱量來源。

溫泉形成機理

根據熱儲、熱蓋及補給水的水文特征分析，臨沂市地熱溫泉儲熱層主要分為兩種:一般分為無蓋或較薄沉積的蓋層，另一類是有蓋層。其中無蓋層的形成過程是:補給水源沿斷裂破碎帶下滲形成深循環對流，吸收深部巖體中的熱能形成地下熱水。有蓋層的形成過程是:地下熱水通過富集之后形成地下承壓水，在后期構造作用下或受斷裂影響蓋層受到破壞，地下熱水沿構造裂隙處或斷裂部位出露至地表，形成溫泉。

臨沂市位于華北板塊魯西隆起區南部地帶，區內新構造運動強烈，至今依舊有構造活動，發育了北西向和北東向斷裂構造，研究區內的斷裂構造為溫泉資源的形成和發展提供了良好的地質條件。

臨沂區內的溫泉主要受構造運動控制，體現在溫泉資源富集地區為主要的斷裂破碎帶附近，溫泉多以較高溫度的熱水形式出露地表，為典型的受構造控制的地熱溫泉，熱源為地下巖體中的熱能和構造活動產生的熱能。

臨沂地區溫泉水的主要補給水源是大氣降水，補給水源區為北側的沂蒙山脈。補給水沿斷裂帶下滲經歷深部循環后吸收深部巖體中的熱能，而后通過斷裂出露地表;臨沂市的溫泉形成多為有蓋層，在經過地下水吸收熱量形成富集區高壓環境之后，經過后期的地表活動，有斷裂帶出露。