代表了远洋和极其安静深海沉积环境的“大洋红层”，再次出现在第三次南海大洋钻探的第二个钻探站位，令“决心”号上的科学家们十分惊喜。
在第一个钻探站位U1499B孔，大洋红层出现在海底以下约800米深处；而在目前的第二个钻探站位U1500B孔，大洋红层则出现在海底以下约1200米位置，整整深了400米。在大洋红层之下，“决心”号紧接着在1380米深处钻到了灰黑色的玄武岩。
仔细观察，南海大洋红层的红层泥岩，质地极为细腻，颜色由暗红、到浅红、再到微红。红层中，有时夹杂着绿色的层段，有时呈现绿色的斑斑点点，有时还出现微小的砾石颗粒，甚至“镶嵌”着金属条带和金属颗粒。
“决心”号上的海洋沉积学家、同济大学海洋与地球科学学院刘志飞教授认为，南海大洋红层直接覆盖在玄武岩之上，说明当时的深海在玄武岩喷发之后，经历了一段长期安静的远洋环境，这进一步证实南海在演化早期是“远洋沉积环境”，与现今的“半远洋沉积环境”截然不同。
在远洋沉积环境里，海洋里的颗粒物自上而下的缓慢沉降，沉积速度慢，通常每千年仅沉积几毫米；而在半远洋沉积环境里，颗粒物从陆向海进行侧向搬运和沉降，沉积速度快，每千年沉积可达几厘米或几十厘米。
“大洋红层在这个航次的钻探地层中出现，表明至少1000多万年前的南海曾经开阔而安静。斗转星移，南海沿着自身地质历史发展的轨迹不断演化，深海环境也随之不断变化，再也没能回到史前安静祥和的沉积岁月。”刘志飞说。
“决心”号上的海洋古生物学家们还发现，南海大洋红层里普遍发育生物遗迹，尤其在底部层位中，含有大量的微体化石，如有孔虫和钙质超微化石等。
“大多数的大洋红层里，基本是不含化石的。南海大洋红层表明：在史前那段安静祥和的岁月里，南海里的生命旺盛、旖旎多姿，令人浮想联翩。”刘志飞说，“这些富含微体化石的远洋沉积形成的岩石--白垩，通常是白色的。但在南海，白垩却是红色的，令人诧异不已。”。
2014年，在我国科学家主导的第二次南海大洋钻探IODP349航次中，“决心”号曾在南海中部海盆U1431和U1433等三个站位，第一次发现了南海大洋红层，当时也是位于大洋地壳玄武岩之上。
在航次后的研究中，刘志飞和他的博士生吕璇对U1433站位一段40多米厚的大洋红层沉积岩芯样品，进行了元素地球化学和矿物学的分析。结果表明：U1433站位的“中新世”红层，是在富氧的水团环境下形成的；在沉积后，又有部分红层发生了热液蚀变。
“此次在南海北部陆坡的最底部再次发现大洋红层，具有重要科学研究意义，我们将进一步展开对比研究。”刘志飞说，“在船上观察和描述大洋红层，是一件非常令人愉快的事。不但可以自己静静观察仔细描述，想象着1000多万年前红色的南海深海世界；还可以与大家分享红色沉积的由来，一起深入探讨，将来共同揭开南海深海史前的神秘面纱。”刘志飞说。