塔河油田发现于1997年。部署在奥陶系潜山的S46井于中下奥陶统5359.14～5504.00m井段中途测试获日产原油212.54m3，获得了重大油气突破，揭开了塔河大型油气田勘探开发的序幕。
油田主体位于塔里木盆地北部沙雅隆起中段南翼阿克库勒凸起，包括顺托果勒隆起的北部、哈拉哈塘凹陷东部及草湖凹陷西部（图4-12），即在阿克库勒凸起的背景上，北以轮台断裂为界，东、南、西以中奥陶统顶面6500m构造等深线所圈定的范围内具有大致相似成藏特点和在现有经济技术条件下具有勘探价值的油气藏的统称（图4-13）。
图4-12 塔河油田奥陶系岩溶缝洞型油气藏展布范围示意图
图4-13 塔河油田油气成藏期次划分
目前，塔河油田包括“塔河油气工业勘探区块“和“跃进1号油气勘查区块”所确定的排他性范围，勘探总面积为6117.57km2。
塔河地区大规模油气勘探开始于1985年。先后在白垩系、三叠系、石炭系、泥盆系和奥陶系获得工业油气流或高产油气流，发现了轮南、达里亚、阿克库勒、塔河等油气田。本区勘探程度极不均匀，到2007年底，塔河地区已完成15块三维地震勘探工作，即艾协克、桑塔木、艾协克北、塔里木乡、牧场北、桑东、兰尕、艾丁、塔河南、于奇、阿克亚苏、于奇东、托甫台、西达里亚及艾丁北，叠加面积已达6927.82km2，一次覆盖面积达10445.38km2。除于奇中部地区及S58井区以外，均已实现三维地震勘探全覆盖。区内已完成钻井约900余口（其中CNPC钻井约20多口）。跃进1号区块只有1条二维测线经过，1口钻井。
西北油田分公司（西北石油局）自1978年进疆开展油气勘探工作以来，经历了“六五”至“十五”20余年的艰苦努力工作，塔里木盆地油气勘探取得了重大成果，1997年在油气富集规律认识加深的基础上发现了我国第一个古生界海相大油田——塔河油田，实现了我国古生代海相碳酸盐岩油气勘探真正意义上的重大突破。
塔河油田的勘探与评价，是一个认识—实践—再认识一再实践的过程，是一个认识指导勘探实践、勘探实践带来理论认识的创新、同时再指导勘探实践的过程，大致可分为四个阶段。
4.3.1.1 前期探索阶段（1978～1995年）
理论基础薄弱，认识不足，储层预测及储层改造技术不相适应，错过了及时发现、评价塔河大油田的机会。
西北油田分公司自1978年进疆开展油气勘探工作，先后在喀什坳陷、麦盖提斜坡、巴楚隆起开展了遥感、石油物探、钻探和盆地周边地质调查工作，先后钻探了喀1、喀2、麦参1等探井，但均未获得突破。80年代初转战塔北沙雅隆起，在跃参1号重力高上钻探了跃参1井，首次揭示了三叠系生油岩，为进一步认识塔北地质特征、开展油气普查提供了宝贵的资料。随后，将塔北作为取得突破的重点勘察地区，加强了地质综合研究工作。1984年雅克拉断凸上的沙参2井，实现了塔里木盆地首次真正意义上的重大突破，拉开了塔里木盆地新一轮大规模石油勘探开发的序幕；为国家制定“稳定东部，发展西部”油气资源战略提供了重要依据。沙参2井获得突破后，油气勘探向整个沙雅隆起推进，部署在沙雅隆起上的一批探井如沙9、沙14、沙17、沙18、沙23等井于奥陶系碳酸盐岩发现油气层，并且获不稳定的油气流，但由于对奥陶系油藏圈闭特征认识不足，储层预测及储层改造技术不相适应，错过了及时发现、评价塔河大油田的机会。同时，沙3井于前震旦系千枚岩顶部获得工业油气流，沙4井、沙5井、沙7井分别于侏罗系、白垩系获得工业油气流，沙22井、沙29井、沙32井在三叠系获得工业油气流，发现了一批中-小型油气田群。同时，部署在麦盖提斜坡的麦3井在石炭系灰岩中获高产油气流，发现了巴什托气田，部署在巴楚隆起上的巴参1井在石炭系获高产油气流发现了亚松迪气田。
4.3.1.2 油气重大突破阶段（1996～1997年）
基于前期勘探经验教训，经认真研究，选择阿克库勒凸起西南部的艾协克1号、2号残丘作为奥陶系碳酸盐岩大型油气田勘探的突破口，部署了S46井和S48井。S46井于1996年8月28日开钻，1997年2月11日完钻，中途测试于中下奥陶统5359.14～5504.00m井段获日产原油212.54m3；S48井于1997年5月28日开钻，1997年10月20日完钻，该井于井深5363m进入中下奥陶统后发生放空和严重泥浆漏失，经测试获日产原油570m3、天然气15000m3的高产稳产油气流，从而实现了塔河奥陶系大油田的发现。值得一提的是，该井试采以来产量一直稳定，日产量保持在400t左右，成为塔里木日产量最高、稳产时间最长、累计产量最多的“王牌井”。它表明阿克库勒凸起奥陶系碳酸盐岩有极为丰富的油气资源，具有很高的产能。
上述两口井的突破，特别是S48井的重大突破，标志着塔河油田的发现，并且拉开了寻找奥陶系碳酸盐岩大型油气田的序幕。
4.3.1.3 塔河油田扩大探明阶段（1998～2000年）
油气突破发现后的再实践，带来理论认识的进一步深化，指导了勘探部署。
沙46、沙48井获重大突破、塔河油田发现时，对油田规模、油藏类型等的认识还不清楚。在勘探实践中，进一步明确了塔河地区奥陶系大型岩溶缝洞型圈闭叠合连片含油、不均匀富集的油藏特征。碳酸盐岩岩溶缝洞型油气藏是受构造-岩溶旋回作用形成的缝洞系统控制、由多个缝洞单元在空间上叠合形成的复合油气藏，具有独立的油气水系统和不规则的形态。单个油气藏（缝洞单元）在空间上以不同方式叠加，形成叠合连片含油、不均匀富集的特征。
塔河油田奥陶系油气藏是碳酸盐岩缝洞型油气藏，其主要依据是：
1）油气藏高度不受局部残丘圈闭的控制：不仅残丘圈闭含油，在相对低洼处也含油（沙64井获工业油气流，油气柱高度达250m以上）；塔河油田奥陶系残丘圈闭幅度很小，只有20～50m，个别可达90～100m，但油气藏高度远大于残丘圈闭幅度，可达200～300m。例如，著名的S48井所在的艾协克2号构造残丘圈闭幅度仅55m，但油气藏高度达255m。同时，含油气范围也不受局部残丘圈闭的控制，塔河油田奥陶系残丘圈闭面积很小，一般仅几平方千米，油气藏面积远大于残丘圈闭面积。
2）油气藏受储集体发育程度的控制，储集体发育则含油，并由此形成油气藏；储集体不发育则不含油。因此，在同一残丘圈闭上高产稳产井与干井交叉分布、高产稳产井与非稳产井同时存在。例如，艾协克2号构造残丘圈闭上的T403井5405～5409m、5415～5428m、5434～5446m井段测井解释为一类储层，5405～5446m井段经酸压获170m3/d的高产油流；而其东1km处的TK420井未解释出一类储层，5408～5414m经酸压未获油气流；向东再1km处的TK455井5532～5539m测井解释为一类储层，5516～5540m井段经酸压获100m3/d的高产油流。可见油气分布不受残丘构造的控制，也不受层位的控制，而与储集体的发育程度密切相关。
4.3.1.4 塔河外围扩展及立体勘探阶段（2001年至今）
2001年至今是塔河油田加快步伐向外围甩开部署、快速发展的时期。在多个新领域获得突破与发现，进一步拓展了塔河油田纵横向油气勘探空间，形成了奥陶系鹰山组裂缝-溶蚀孔洞型储集体、一间房组颗粒灰岩裂缝-溶蚀孔隙型储集体、良里塔格组裂缝-溶蚀孔洞型储集体、志留系砂岩、泥盆系东河砂岩、石炭系巴楚组底部砂泥岩互层段致密砂岩储层及石炭系卡拉沙依组、中二叠统火山岩、三叠系砂岩储层多层系、多领域含油的立体勘探格局，表明塔河油田立体勘探具有巨大的潜力，有望形成探明储量超过10亿吨的特大型油气田。根据塔河油田多层系、多领域立体含油的勘探局面，提出了立体勘探、整体评价塔河油田的勘探思路。塔河油田平面上井控含油面积达到2800km2，三级储量合计达到16.2397×108t油当量，其中，探明储量7.5605×108t油当量（油6.5923×108t，气968.28×108m3），控制储量3.0612×108t油当量，预测储量5.6179×108t油当量。