汾渭地堑系（Fen Wei graben system）又称汾渭裂谷系。展布于阴山及秦岭两个东西向构造带之间，西起宝鸡，向东沿渭河、汾河延伸，于侯马、运城向北转为北北东向，至大同、延庆段转变为北东向。该地堑系由大小不一的十个地堑型盆地组成，总体呈雁行排列的“S”形展布，长逾1200千米，宽度一般在10~50千米之间。地堑系的形成始于始新世，当时的断陷沉积仅限于渭河盆地，中新世的地堑型沉积扩大到运城盆地，地堑系总体格局大体形成于上新世。第四纪以来继续沉陷，渭河盆地第四系底界的埋深普遍大于2000米。北段的大同、延庆盆地则主要形成于第四纪。因此，具有南部发育早，断陷幅度大，北部发育晚，断陷幅度小的总趋势。有人认为这个地堑系是以前期隆起构造为背景的，以后因伸展—剪切作用而形成了一系列雁列的张性断陷盆地；也有人对此提出质疑。在忻县、大同盆地有新近纪和第四纪的碱性橄榄岩分布。沿该地堑系出现许多温泉，表明这是一个高热流值的地带，还是一条地震活动带。所有这一切都说明，它是华北地区的现今构造活动的裂谷带。