レッドベッドとは、通常、砂岩、シルト岩、頁岩などの赤みを帯びた色の堆積岩が、高温の気候の中で酸化的な条件で堆積した地層のことを指す。通常、陸地や河川・湖沼などの陸域で形成される。

赤い色は、鉱物構造の中の酸化鉄に由来する。顕生代から堆積しているが、デボン紀、ペルム紀、三畳紀に堆積した岩石に多く見られる。オールド・レッド・サンドストーンは、最も有名な岩石の一つである。

レッドベッドは、その多くが石油や天然ガスの貯留層であることから、経済的にも重要です。

二次的赤層は、過去に堆積した堆積物の隆起、浸食、表面の風化に関連しており、その形成には一次的赤層と同様の条件が必要である。

生成過程（形成メカニズム）

レッドベッドの赤色は主として鉄の酸化によるもので、形成には次のプロセスが関与します。

  • 供給と堆積：陸上起源の砂やシルトが河川・氾濫原・湖底・風成地（砂丘）などに堆積する。
  • 酸化条件の維持：乾燥〜半乾燥な気候や通気の良い堆積環境により、Fe2+（還元鉄）が酸素と反応してFe3+（酸化鉄）になり、赤色の鉱物（主にヘマタイト）が生成される。
  • 風化・土壌化（ペドジェネシス）：堆積物の表面や浅い地下で土壌化が進み、鉄が酸化されて赤い被膜（鉄皮膜）や鉄質セメントが発達する。
  • ダイアジェネシス（成岩作用）：堆積後の圧密・化学反応により酸化鉄が結合材として固定され、赤色が保存される。

鉱物と色の原因

  • 主要鉱物：ヘマタイト（Fe2O3）、ゴーサイト（FeO(OH)）などの酸化鉄鉱物が赤色・褐色を与える。
  • 着色の形態：赤色は粒子表面の被膜（コーティング）や微細な粒子として堆積物中に分散している場合がある。被膜的なものは風化や土壌作用で発達しやすい。
  • 色の変化：還元環境や埋没後の化学変化で酸化鉄が還元されると色が失われ、灰色や緑色を呈することがある（例：鉄の還元によるビトリファイド層やマタ化）。

堆積環境と構造的特徴

  • 代表的環境：氾濫原、砂岩の流路堆積、扇状地、湖沼底、塩湖・プレイヤ盆地、風成堆積（砂丘）などの陸成環境。
  • 層序・構造：層理や乾燥割れ（収縮割れ）、流路交差層理、土壌層（パリサディックホライズン）などを伴うことが多い。
  • 堆積相の変化：湿潤期と乾燥期の繰り返しにより、赤色層と灰色・黒色の還元相が互層する場合がある。これにより古気候の変動記録となる。

一次的赤層と二次的赤層の違い

  • 一次的赤層（原堆積性）：堆積時点で酸化条件が保たれたまま赤色を帯びて堆積したもの。例：乾燥した洪水堆積や風成砂。
  • 二次的赤層（後天的改変）：堆積後の隆起・風化・浸食・再堆積や地下水の酸化作用によって元の岩石が赤くなったもの。原堆積環境とは異なる時期に酸化が進む。

地質学的・古環境学的意義

  • 古気候指標：レッドベッドは一般に乾燥〜季節乾湿の気候を示す指標とされ、古環境復元に有用である。
  • 年代と層序学的意義：特定時代に広域で分布するレッドベッド層は層序識別や対比に利用されることがある（例：デボン紀のオールド・レッド・サンドストーン）。
  • 化石保存性：陸成堆積物であるため海生化石は少ないが、恐竜やその他陸上生物の化石、植物化石、古土壌（ペドコロジー）などが保存されることがある。

資源的意義と経済的側面

  • 石油・天然ガスの貯留層：多孔質・浸透性の良い砂岩レッドベッドは良好な貯留層となることがあり、層内や被圧帯水に伴う炭化水素の蓄積が知られている。
  • 地下水資源：多くのレッドベッド砂岩は良好な地下水帯（帯水層）となり、農業用水や飲料水の重要な供給源となる。
  • 鉱物資源：局所的に鉄鉱床や粘土資源（レンガ・タイル原料）、建築用砕石として利用されることがあるが、一般に高品位鉄鉱床とは区別される。
  • 工学的性質：赤色のセメント化が強い場合、岩石は硬く耐久性を示すが、風化や膨張性の粘土が含まれる層は土木工事で注意が必要。

探査上・利用上の注意点

  • 赤色があるからといって必ず高品質の帯水層や貯留層であるとは限らない。粒径分布、セメント化、割れ目発達、被圧状態などを総合的に評価する必要がある。
  • 酸化鉄の分布は局所的で不均質なことが多く、物性のスケール変化（透水性・強度）に影響を与える。
  • 二次的赤化を受けた地層は風化誘発崩壊や地下水流動の変化を起こしやすいため、地盤調査やリスク評価が重要である。

代表的な地層・産地

  • オールド・レッド・サンドストーン：ヨーロッパに分布するデボン紀の代表的レッドベッド。
  • 北米のチャイナ（Chinle）成層（中〜後期三畳紀）など、恐竜化石や植物化石を含むもの。
  • 世界各地の新生代・中生代の陸成堆積盆地に広く分布し、地域名を冠したレッドベッドが多数存在する。

総じて、レッドベッドはその鮮明な色彩だけでなく、環境復元、資源探査、地盤工学など多方面で重要な情報と価値を持つ地層群である。観察や試料解析（鉱物学的・化学的・粒度解析・地球化学的分析）を組み合わせることで、堆積時の条件やその後の地質史をより正確に解明できる。