Die Klimakrise zeigt bereits heute erhebliche humanitäre und wirtschaftliche Auswirkungen, die sich in Zukunft noch verstärken werden, wenn die globalen Treibhausgasemissionen nicht schnellstens minimiert werden. Gemäß dem Klimaschutzgesetz ist Deutschland daher verpflichtet, bis 2045 klimaneutral zu werden. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, ist ein tiefgreifender Umbau des Energiesektors notwendig, bei dem Importe fossiler Energieträger durch heimische erneuerbare Energieerzeugung ersetzt werden. Neben den etablierten Energiequellen wie Wind, Sonne, Wasser und Biomasse wird die Tiefengeothermie als emissionsarme, grundlastfähige, lokale und skalierbare Anwendung in den kommenden Jahrzehnten vermutlich zu einem Eckpfeiler der Energieversorgung aufsteigen. Das größte geothermische Potenzial bietet das kristalline Grundgebirge, das durch sogenannte Enhanced Geothermal Systems (EGS) erschlossen werden könnte. Besonders günstige Voraussetzungen für die geothermische Nutzung bestehen im Oberrheingraben (ORG), wo die Reservoirtemperaturen und -permeabilitäten im Vergleich zu anderen Regionen Deutschlands generell erhöht sind. Aufgrund der relativ hohen Kosten und Risiken, die mit Bohrung, Erschließung und Betrieb von Geothermiekraftwerken verbunden sind, nimmt die Tiefengeothermie bisher jedoch nur eine kleine Nische ein. Zudem sind die geologischen Unsicherheiten im Grundgebirge besonders groß, da dieses durch die Kohlenwasserstoffindustrie und vorangegangene geothermische Forschungsprojekte nur unzureichend erkundet wurde. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Unsicherheiten im nördlichen ORG zu quantifizieren und zu reduzieren, um die geothermische Entwicklung in der Region voranzutreiben. Es erfolgt eine umfassende lithologische, petrophysikalische und strukturelle Reservoircharakterisierung durch die Kombination strukturgeologischer und geophysikalischer Ansätze auf multiplen Skalen. Alle verfügbaren Daten werden in ein 3D Modell integriert, das eine regionale Ressourcenbewertung für das Grundgebirge ermöglicht. Im nördlichen ORG steht die geologische Modellierung des Grundgebirges vor großen Herausforderungen, da nur sehr wenige Bohrlochdaten aus dem Grundgebirge existieren und 3D-seismische Daten häufig nicht offen zugänglich sind. Daher wurden zusätzlich Schwere- und Magnetikdaten in einer gemeinsamen stochastischen Inversion berücksichtigt, die neue Einblicke in die Struktur und Zusammensetzung des Grundgebirges liefert und gleichzeitig die Modellunsicherheiten quantifiziert. Die Inversion zeigt, dass die geologischen Einheiten der Grabenschultern unterhalb der sedimentären Füllung nachverfolgt werden können. Durch einen Vergleich der invertierten petrophysikalischen Eigenschaften mit bestehenden Datenbanken und neu erhobenen Suszeptibilitätsmessungen konnte eine Karte der voraussichtlichen Grundgebirgslithologie im nördlichen ORG erstellt werden. Demnach werden die meisten Gebiete von Granitoiden dominiert, die tendenziell eine höhere Permeabilität als Schiefer und Gneise aufweisen und somit bevorzugte Ziele geothermischer Bohrungen darstellen. Im Saxothuringikum und am nordwestlichen Grabenrand kann dagegen von einem überwiegend metamorphen Grundgebirge ausgegangen werden. Das entwickelte 3D-Grundgebirgsmodell und die Inversionsergebnisse waren der zentrale Bestandteil einer technisch-ökonomischen Ressourcenbewertung, in die zudem Daten aus thermischen und geomechanischen Modellen, aus dem Betrieb geothermischer Kraftwerke und aus finanziellen Aspekten der geothermischen Nutzung einflossen. Die Berechnung der Ressourcen auf regionaler Ebene beruht auf der etablierten volumetrischen "heat in place"-Methode, wobei Modellunsicherheiten mittels Monte-Carlo-Simulation quantifiziert wurden. Die gewinnbare Wärme entlang großräumiger Störungszonen, die als bevorzugte Fluidpfade gelten, wurde als Funktion der sogenannten Slip und Dilatation Tendency im rezenten Spannungsfeld abgeschätzt. Der wirtschaftlich nutzbare Teil der Ressourcen (Reserven) wurde anschließend durch eine Sensitivitätsanalyse der relevanten Parameter untersucht. Die Bewertung zeigt, dass das Grundgebirge im ORG über enorme geothermische Ressourcen verfügt, von denen zwischen 8 und 16 PWh mit den derzeitigen EGS-Technologien potenziell gewinnbar sind. Damit könnte ein erheblicher Teil der Wärme- und Stromversorgung im nördlichen ORG nachhaltig gesichert werden. Rund 65% der Ressourcen sind zu Marktbedingungen im Januar 2022 wirtschaftlich förderbar. Angesichts der enormen Energiepreissteigerungen infolge des Krieges in der Ukraine dürfte der Anteil inzwischen sogar höher sein. Ein Vergleich der berechneten Ressourcen mit den sozioökonomisch-ökologischen Bedingungen für die geothermische Nutzung an der Oberfläche zeigt eine hohe Übereinstimmung, insbesondere in den dicht besiedelten Gebieten um Mannheim und Darmstadt. Da der Grundwasserfluss im kristallinen Grundgebirge hauptsächlich durch offene Klüfte gesteuert wird, ist die genaue Kenntnis des natürlichen Kluftnetzwerkes für die Planung, die Entwicklung und den Betrieb geothermischer Kraftwerke unerlässlich. Die aussagekräftigsten Informationen über die Klufteigenschaften liefern Image Logs aus Tiefbohrungen, die im ORG jedoch sehr selten und oft nicht zugänglich sind. Um den Mangel an Bohrlochdaten zu kompensieren, wurde eine umfassende strukturelle Aufschlussanalogstudie durchgeführt. Der Tromm Granit im südlichen Odenwald wurde als Untersuchungsgebiet ausgewählt, da dieser zum einen ein geeignetes Analogon für die granitoiden Reservoire im nördlichen ORG darstellt und zum anderen ein potentieller Standort für das kommende GeoLaB Projekt ist. Hier wurden Lineamentanalysen und Lidar-Untersuchungen in fünf aufgelassenen Steinbrüchen kombiniert, womit eine multiskalige Beschreibung des Kluftnetzes des Grundgebirges erreicht wurde. Auf der Grundlage der gewonnenen Eigenschaften wurden daraufhin diskrete Kluftnetzwerkmodelle (DFN) entwickelt, um die Durchlässigkeit des Grundgebirges unter angenommenen Lagerstättenbedingungen abzuschätzen. Das Kluftnetzwerk im Tromm Granit zeigt sich als generell stark geklüftet und gut verbunden, wobei die Dichte und Orientierung von Klüften durch nahegelegene Störungszonen beeinflusst werden. Klüfte clustern in N-S Richtung, also etwa parallel zu σHmax, sodass die Reservoirpermeabilität etwa eine Größenordnung höher ist als in O-W Richtung. Die strukturgeologischen Untersuchungen wurden durch geophysikalische Messungen ergänzt, mit denen die überdeckten Störungen im Tromm Granit kartiert und charakterisiert wurden. Wie bei der regionalen Modellierung kamen auch dabei wieder Potenzialfeldmethoden (terrestrische Gravimetrie und Aeromagnetik) zum Einsatz und zusätzlich wurde die Radonaktivitätskonzentration entlang eines Profils gemessen. Die Schwerefelddaten zeigen eher breite Anomalien, die nicht einzelnen Verwerfungen, sondern Zonen mit erhöhter Störungs- und Kluftdichte zugeordnet werden können. Die Inversion der Schweredaten deutet auf eine Kluftporosität von bis zu 9 % entlang der Plutonränder hin. Die drohnengestützte aeromagnetische Vermessung ermöglicht im Vergleich eine detailliertere Kartierung des Störungsnetzwerkes. Nach der Filterung zeigt der Datensatz ein komplexes Netzwerk von linearen Anomalien, die als alterierte Störungszonen mit erhöhtem Reaktivierungspotenzial interpretiert werden und somit mögliche Fluidwegsamkeiten darstellen. Abschließend ist festzustellen, dass das kristalline Grundgebirge aufgrund der großen Ressourcenbasis ein attraktiver Zielhorizont der Tiefengeothermie im nördlichen ORG darstellt. Im Rahmen der Dissertation wurden ein neues detailliertes geologisches Modell und eine regionale Ressourcenkarte entwickelt, die PolitikerInnen, InvestorInnen und ProjektingenieurInnen eine zuverlässigere Entscheidungsgrundlage bieten. Zudem wurde das Verständnis der Kluftnetzwerkeigenschaften und damit der hydraulischen Eigenschaften im nördlichen ORG verbessert. Dennoch verbleiben erhebliche Unsicherheiten auf der lokalen Skala, die nur durch gezielte Erkundungsmaßnahmen und gekoppelte numerische Modellierung reduziert werden können. Zudem besteht weiterhin das Risiko spürbarer induzierten Seismizität während der Entwicklung und des Betriebes des Kraftwerkes, die ein großes Hindernis für den Ausbau der Tiefengeothermie darstellt. Große Hoffnung liegt daher in der Entwicklung neuer sicherer Stimulationstechniken für EGS-Reservoire, die insbesondere im Rahmen des anstehenden GeoLaB-Projekts vorangetrieben werden sollen.