塔里木盆地海相碳酸盐岩主要分布在克拉通区早古生代的海相地层中,埋深均超过6000m,碳酸盐岩厚度大,分布面积广。但古老碳酸盐岩成储成藏复杂,其勘探案例对超深层(≥6000m)油气勘探具有重要启示作用。本文分析塔里木盆地近40年碳酸盐岩油气勘探的艰苦探索历程,剖析了超深层碳酸盐岩大油气田重大发现的理论技术与部署思路。勘探实践表明,塔里木盆地碳酸盐岩经历了4个阶段的艰辛探索,通过超深层潜山岩溶、礁滩体岩溶、层间岩溶、断控岩溶储层地质理论认识创新,揭示了超深层古老碳酸盐岩岩溶储层在古隆起—斜坡—坳陷规模分布的形成机理,指导了勘探部署思路的转变与重大新突破;通过三维高精度地震勘探,形成了超深层碳酸盐岩储层缝洞量化雕刻、走滑断裂精细表征为主的勘探技术系列,实现了非均质岩溶缝洞储层的有效预测,支撑了超深层复杂碳酸盐岩勘探的持续发现。塔里木盆地勘探实践形成的超深古老碳酸盐岩岩溶储层的勘探理论与技术创新,突破了克拉通区“古隆起控油”与“生油深度死亡线”等传统理论,实现了从古隆起高部位向斜坡—坳陷区重大战略转移,勇闯勘探禁区的思路转变与勘探开发一体化是超深层古老碳酸盐岩勘探大发现的成功经验。