Sandstein ist ein Sedimentgestein (auch "Sedimentit") aus miteinander verkitteten Sandkörnern, die vorwiegend aus Quarz bestehen. Die Sandkörner sind zwischen 0,063 und 2 mm groß.
Bei einem erhöhten Anteil anderer Minerale nennt man das Gestein Arkose (bei Feldspäten) oder Grauwacke (bei Gesteinsbruchstückchen). Sind die meisten Körner größer als 2 mm, spricht man von einem Konglomerat (bei abgerundeten Körnern) bzw. von einer Brekzie (bei eckigen Körnern).
Sandstein ist eines der weltweit am häufigsten vorkommenden und wirtschaftlich wichtigsten Sedimentgesteine (Ablagerungsgesteine). Er besteht definitionsgemäß zu mindestens 50 % aus Sandkörnern, die eine Korngröße zwischen 0,063 und 2 Millimetern aufweisen.
Sandstein entsteht durch die Verwitterung älterer Gesteine. Die dabei freiwerdenden Mineralkörner werden durch Wasser oder Wind transportiert und in Becken, Flüssen, Wüsten oder Meeren abgelagert.
Durch den Druck darüberliegender Schichten und die Zirkulation von mineralreichem Grundwasser setzt die Diagenese (Gesteinsbildung) ein: Das Gestein wird entwässert und ein natürliches Bindemittel (Zement) kittet die losen Sandkörner zusammen.
Quarz: Da Quarz extrem verwitterungsbeständig und hart ist, bildet es meist den Hauptanteil der Sandkörner.
Feldspat und Gesteinsfragmente: Je nach Herkunft des Ursprungsgesteins können erhebliche Anteile anderer Minerale enthalten sein.
Das Bindemittel (Matrix/Zement): Es bestimmt maßgeblich die Festigkeit und Farbe des Sandsteins. Häufige Bindemittel sind Kieselsäure (quarziatisch, sehr hart), Kalk (calcitisch, säureempfindlich) oder Eisenverbindungen (wie Hämatit oder Limonit).
Die Farbe des Sandsteins hängt fast ausschließlich von den beigemengten Mineralen und dem Bindemittel ab:
| Farbe | Ursache / Bindemittel | Beispielregionen (DE) |
| Rot bis Braun | Eisenoxide (z. B. Hämatit) | Weserbergland, Pfälzerwald |
| Gelb bis Beige | Eisenhydroxide (z. B. Limonit) | Elbsandsteingebirge |
| Grau bis Grün | Tonminerale, Chlorit oder Glaukonit | Ruhrsandstein (Sauerland) |
| Weiß | Reines Quarz ohne färbende Oxide | Reinhardswald |
In der Geothermie spielt Sandstein eine fundamentale Rolle. Er gehört - neben bestimmten Kalksteinen - zu den wichtigsten Speichergesteinen (Reservoirs) für die Gewinnung von Erdwärme, insbesondere bei der tiefen, hydrothermalen Geothermie
Sandsteine können unterschiedliche, teilweise aber erhebliche Porositäten und Permeabilitäten aufweisen. Aus diesem Grund sind sie (neben klüftigen Karbonaten) oft der wesentlicher Bestandteil hydrothermal geothermischer Reservoire.
Damit ein Gestein für die hydrothermale Geothermie geeignet ist, muss es zwei Bedingungen erfüllen:
Hohe Porosität (Hohlraumvolumen): Sandstein besteht aus zusammengekitteten Sandkörnern. Zwischen diesen Körnern verbleiben mikroskopisch kleine Hohlräume (Poren). Ein guter sandsteinbasierter Aquifer (wasserführende Schicht) hat einen Porenanteil von 15 % bis über 25 %. In diesen Poren befindet sich das heiße Tiefenwasser.
Hohe Permeabilität (Durchlässigkeit): Es reicht nicht aus, dass Wasser im Gestein vorhanden ist; die Poren müssen auch miteinander verbunden sein, damit das Wasser fließen kann. Sandsteine besitzen oft eine hohe Permeabilität. Das ermöglicht es, den für die geothermische Nutzung notwendigen, kontinuierlichen Wasserstrom zu fördern.
In der Praxis wird bei der hydrothermalen Geothermie meist das Prinzip der Dublette angewendet:
Förderbohrung: Das heiße Wasser (je nach Tiefe zwischen 60 °C und über 120 °C) wird aus den Porenhöfen des Sandsteins an die Oberfläche gepumpt.
Energieerzeugung: An der Oberfläche entzieht ein Wärmetauscher dem Wasser die thermische Energie, um damit Fernwärmenetze zu speisen oder Strom zu erzeugen.
Injektionsbohrung: Das abgekühlte Wasser wird über eine zweite Bohrung zurück in dieselbe Sandsteinschicht geleitet. Dort erwärmt es sich durch den natürlichen Wärmestrom der Erde wieder, während es langsam zurück zur Förderbohrung strömt
In Deutschland gibt es drei Großregionen, die für tiefe Geothermie genutzt werden. In zwei davon spielen Sandsteinschichten die Hauptrolle:
Das Norddeutsche Becken: Hier liegen mächtige Sandsteinschichten aus der Trias (z. B. der Buntsandstein) und dem Jura in mehreren Kilometern Tiefe. Anlagen wie in Neustadt-Glewe oder Waren (Müritz) nutzen diese Sandstein-Aquifere seit Jahrzehnten erfolgreich zur Wärmeversorgung.
Der Oberrheingraben: In dieser geologisch aktiven Bruchschichtzone ist der Buntsandstein ebenfalls ein primäres Ziel für geothermische Bohrungen, da hier aufgrund des erhöhten Wärmestroms besonders hohe Temperaturen in moderaten Tiefen erreicht werden.
Obwohl Sandstein ein hervorragender Speicher ist, bringt er spezifische technische Herausforderungen mit sich:
Versandung (Sanding): Durch den hohen Druck und die Fließgeschwindigkeit können sich feine Sandkörner aus dem Verband lösen, die Pumpen beschädigen oder die Filter der Bohrung verstopfen. Dem wird durch spezielle Filterrohre (Screens) und Kiespackungen entgegengewirkt.
Ausfällungen (Scaling): Wenn das abgekühlte Wasser wieder injiziert wird, ändert sich die Löslichkeit der darin enthaltenen Mineralien. Es kann zur Ausfällung von Quarzen, Karbonaten oder Sulfaten kommen, die die Porenwege um die Injektionsbohrung herum dauerhaft
Teilweise Gemini, überarbeitet
http://de.wikipedia.org/wiki/Sandstein<//font>
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Weitere Literatur siehe:
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