關(guān)于其形成，早為國(guó)內(nèi)外地質(zhì)工作者們所重視，但是眾說(shuō)紛紜，頗不一致。因?yàn)樵诠糯衬练e中是很多的，但是現(xiàn)代沙漠中卻非常少。但紅層的形成需要如下幾個(gè)條件：

1.適宜的古地貌條件。紅層為碎屑巖沉積，需要有接受沉積的古沉積盆地和沉積物源，沉積盆地多為內(nèi)陸盆地，也有少量的海濱及海相沉積，物源則指周圍山地提供豐富的巖石風(fēng)化物。

2.適宜的古氣候條件。紅層形成于干燥炎熱的古氣候環(huán)境條件下，一方面巖石風(fēng)化作用強(qiáng)烈，可以提供豐富的物源，另一方面巖石氧化作用強(qiáng)烈，可以形成紅層的紅色外觀。有一點(diǎn)是肯定的，紅色往往與巖層中的某些化學(xué)成分有關(guān)。

紅層是地質(zhì)學(xué)家們注意得最早的巖層之一，它廣泛地分布于世界各地，從前寒武紀(jì)到現(xiàn)代的各個(gè)地質(zhì)時(shí)期，幾乎都有紅層的堆積，只是某些地質(zhì)時(shí)期顯得非常豐富，如泥盆紀(jì)。除少數(shù)的紅層是個(gè)例外，大部分紅層均由非海相的陸源碎屑沉積物構(gòu)成。

紅層可出露于不同的巖層序列當(dāng)中，可以和蒸發(fā)巖形成互層，也可以出露在煤系地層中，蒸發(fā)巖和煤系地層，顯然是不同氣候帶的沉積產(chǎn)物，因此紅層的成因不可能是由于某種單一的氣候原因，過(guò)去對(duì)紅層成因的爭(zhēng)論，問(wèn)題就出在成因是多樣的。在紅層中一般很難找到化石，但是脊椎動(dòng)物的化石則多產(chǎn)自紅層，這一方面證實(shí)了紅層多是陸相沉積，可能同時(shí)也表明：紅層大多數(shù)是在氧化比較激烈的條件下形成的。

也許受了某些文獻(xiàn)的偏見(jiàn)所影響，加之紅層和鹽類礦物常常是區(qū)域性的共生，使之在通常在地質(zhì)工作人員的心目中，不自覺(jué)地總是把紅層視為干燥氣候條件下的產(chǎn)物。事實(shí)上在干旱沙漠地帶，最突出的顏色是暗褐色和淡黃色，而不是紅色。對(duì)世界各地的紅壤研究后也表明：紅色的土壤產(chǎn)于溫暖潮濕的氣候條件之下。研究已經(jīng)確認(rèn)，巖屑來(lái)源區(qū)的氣候情況決定著沉積物最初是否呈紅顏色，而沉積盆地的自然條件又決定了是否能保存住紅的顏色，看來(lái)僅僅是紅顏色的本身，不能作為炎熱干燥氣候的標(biāo)志。

根據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究，紅層碎屑的顆粒組成差異很大，有洪積泥礫、短促河床礫石層、河床相砂礫、較長(zhǎng)途搬運(yùn)的具有砂波結(jié)構(gòu)的河床砂、河流三角洲前緣相的砂質(zhì)層和以泥質(zhì)為主的湖盆相粉砂質(zhì)或淤泥質(zhì)沉積等。四川盆地西北部的古山前拗陷中的紅層巨礫可達(dá)數(shù)十厘米，而許多紅層盆地中部多由泥質(zhì)巖構(gòu)成。碎屑的礫石組成一般與其外圍山地的物源一致，巖屑、礫屑是其外圍物源地巖石碎屑的混合。其砂質(zhì)主要是石英，含部分長(zhǎng)石;膠結(jié)物以泥、砂為主，化學(xué)膠結(jié)物主要為硅質(zhì)、鈣質(zhì)和鐵質(zhì)。湖南岌山的碳酸鈣含量隨外圍接觸地層的不同而有很大差別，在接觸碳酸鹽巖源地的地方，碳酸鈣含量可達(dá)25%以上。

地質(zhì)年齡相對(duì)較輕，經(jīng)歷的地殼變動(dòng)相對(duì)較少，褶皺不劇烈，產(chǎn)狀平緩，其巖性主要是礫巖、砂巖、粉砂巖、粘土質(zhì)粉砂巖、粘土巖或泥質(zhì)頁(yè)巖等，有時(shí)會(huì)夾雜有灰?guī)r結(jié)核，巖相變化大，并含透鏡狀或薄層狀多孔疏松砂巖，都不同程度地發(fā)育有層間剪切帶，還常見(jiàn)有諸如石膏等易溶巖類，與老地層相比，成巖作用差，有的呈半膠結(jié)狀，強(qiáng)度較低，總體上屬軟巖類，是一個(gè)很復(fù)雜的彈性模量相差甚大的軟硬相間的不等厚的底層組合巖體。

我國(guó)出露的紅層主要分布在西南、華南、東南和西北地區(qū)，其他地區(qū)只有零星分布。西南的四川盆地和西北的陜甘寧盆地以及云南高原中部、南部等地，都有完整成片的紅層分布。在江南地區(qū)，紅層多分布在一些山間中、小盆地中，如湖南的衡陽(yáng)盆地、江西的贛州盆地等。西北的準(zhǔn)葛爾盆地、吐魯番-哈密盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地以及秦嶺南部山間盆地等地區(qū)都有典型的紅層 。紅層的分布還可以包括被后期地層掩蓋的下伏地層，如江漢盆地。陜甘寧盆地等被第四紀(jì)的沉積物所覆蓋。

紅層這個(gè)名稱在中國(guó)最早由李四光提出，紅層主要指侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)及少量三疊紀(jì)及早古近紀(jì)形成的，已經(jīng)成巖的，主色調(diào)為紅色的泥巖、粉砂巖、砂巖等巖性的一套陸相及淺水湖相沉積物，但紅層并非只是中生代及以后的產(chǎn)物，在北美一俄羅斯古陸以及我國(guó)的山西及塔里木盆地等部在古生代就有陸相“老紅層”沉積。

Krynine (1950)認(rèn)為紅層主要是紅層土或更老的紅層經(jīng)過(guò)剝蝕再沉積之后形成的。這種假設(shè)是在柴郡以南二疊系地層中少見(jiàn)的紅色沉積物基礎(chǔ)上提出的。Van Houten (1961) 的想法認(rèn)為沉積巖在原位（早期成巖作用）收到氫氧化物的脫水作用而被染成紅棕色或淺褐色。這些鐵氫氧化物通常為針鐵礦(FeO-OH)和所謂的“非晶態(tài)氫氧化鐵”或褐鐵礦。事實(shí)上,這種材料可能是礦物水鐵礦(Fe₂O₃H₂O)。

這種脫水或“老化”的過(guò)程已與沖積平原和沙漠環(huán)境中與成土作用密切相關(guān)。Berner (1969)表明,針鐵礦(氫氧化鐵)通常相對(duì)于赤鐵礦是不穩(wěn)定的且在缺少水或在高溫環(huán)境下容易發(fā)生脫水反應(yīng)。

2FeOOH (goethite)→ Fe₂O₃(hematite) H₂O2100433B

紅土礫石層（red~earth gravel bed ） 在各種紅土巖相中，常見(jiàn)的洪積，坡積與沖積等，多半含有礫石層，風(fēng)化以后均保留在紅土里，所以古紅土又常被稱做紅土礫石層，尤其在華南地區(qū)，有時(shí)把它作為一個(gè)地層來(lái)稱呼。