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大屯火山區在台灣地下水分區劃分為山地丘陵類，地下水流動受大屯火山群層層重疊、前後期不連續地質相互夾層的影響，夾層形成含水層及在交界面的多處湧泉等獨特現象。火山的地形地質構造和地質構成物質，強烈地影響了火山地區的水文特性，火山體噴出時期與噴發位置的差異，使噴出物質構成不連續的地質，岩漿分期噴發，後期熔岩覆蓋於前期的上面，兩個不同時期的的熔岩層之間可能會夾雜著沈積岩層、凝灰岩層或是風化之半固結岩，這些夾層如果厚度及延展均很優良的時候，則會形成含水層。一般在山麓的範圍內火山砂礫和熔岩，形成含水層，泥流，集塊岩、凝灰岩等難透水層。
大屯山火山群主要由安山岩流、火山灰和粗粒碎屑推積物等交替噴發構成的層狀火山，覆蓋在時代不同的中新世沈積岩基盤上，據估計大屯山群至少有三層凝灰角礫岩及多達 15 層以上的火岩流。本區因岩層 ( 安山岩 ) 裂隙較多，上覆的火山灰 ( 凝灰岩 ) 透水性、保水性均佳，又位迎東北季風，所以地下水源比一般丘陵山地為多，楊萬全 (1999) 以地表水水文資料計算，北磺溪和八蓮溪源流區的地下水天然補注量約為 3.04 和 3.76 mm/day ；老梅溪、磺港溪和南磺溪源流區的天然補注量在 2.07~2.64 mm/day 之間。