石墨沉积物的形成有两个主要原因。一种是石墨矿床主要是地层中的有机质通过变质作用减少而形成的。另一种是石墨是由一氧化碳和二氧化碳经过还原结晶而成的。其来源是岩浆带来的或变质作用时从石灰岩中释放出来的。
有机成因理论
认为石墨矿床主要是地层中有机质变质还原形成的。
主要证据
1.一般认为，土状石墨保留了许多煤层特征，是由煤变化而来的。说明有机碳在地质作用下可以生成石墨矿床。
2.根据实验数据，无烟煤在电炉中加热到250℃以上可以得到工业石墨。烟煤和萤石混合成硅酸盐熔体，缓慢冷却，也能形成六方板状石墨晶体。
3.含鳞片状结晶石墨的地层分布广泛，自下而上品级递增，符合生物进化规律。
4.石墨赋存的地层，包括集宁群硅质石榴石片麻岩，都是原岩恢复后的粘土沉积，与成煤的古地理环境相似，有利于古植物的生成。矿体呈层状、层状或透镜状，其产状与围岩有关。说明主要成分是合生素。
5.在所有有石墨矿床的矿区，大理岩都不同程度地存在，而石墨主要赋存于片麻岩和片岩中，很少赋存于大理岩中。
6.根据维诺格拉夫测定的同位素数据，结晶片岩中石墨C12/C13比值为90.3~91.7，接近有机质比值。
无机成因理论
认为石墨是由一氧化碳和二氧化碳经过还原结晶而成的。其来源是岩浆带来的或变质作用时从石灰岩中释放出来的。
主要证据
1.伊尔库茨克西部的波托戈尔石墨矿床是岩浆石墨矿床，产于霞石正长岩的中心。共发现20多条矿体，呈嵌套状或植物状。单个矿体直径2m~25m，长度可达50m。石墨薄片为0.25m～1mm，很少大于3mm，有浸染状石墨薄片分散在霞石正长岩和硅灰石矽卡岩中。矿床成因Kupletsky认为石墨系列是由岩浆同化作用使石灰岩分泌的CO2减少而形成的。魏兴科等认为是典型的岩浆分异矿床。中国吉林双峰山石墨矿位于橄榄辉长岩中:新疆苏吉泉石墨矿，位于黑云母花岗岩与角闪岩接触的浸染带；西藏顾青石墨矿位于斜长角闪岩黑云母花岗岩中。
2.鳞片状结晶石墨矿区几乎都有大理岩和岩浆岩，石墨的结晶程度与岩浆活动密切相关。
3.石墨矿床产于太古宙地层中，地层年龄超过25亿年；然而，在元古代有大量的藻类存在。地层中的有机碳从何而来？
4.古片麻岩中的脉状石墨，c12/c13为90.3~91.7 (Vinograf)，与无机碳相似，可能来源于碳酸盐岩。
5.许多研究人员认为，岩浆作用和变质作用的大部分挥发性成分来自地幔，并以化合物的形式渗入地壳。现代火山气体的主要成分是H2O、CO2、CO、HCl、H2S、H2、HF、CH4、SO2、SO3等。还原条件下形成的气液包裹体除水外，还含有碳化合物和氢，其密度可达100 g/L ~ 400 g/L，在科拉半岛和西伯利亚台地的超深井中发现有烃类和惰性气体。前寒武纪岩石通常含有碳氢化合物、沥青和碳化物质。说明氢和碳氢化合物广泛分布于地幔岩浆及其流体相中，但只有在特殊情况下才能保存下来。Wertzky认为，天然碳生于地壳深部，在变质地壳底部，随着氧活度的降低，碳氧化物的稳定场收缩，而石墨的稳定场膨胀。石墨可视为岩石生长过程中还原环境的象征。
6.月球上没有生命，但从阿波罗样品的分析中，发现碳及其挥发形式(CO2、C0、CH4、C2H2等。)可以达到5 ~ 800x10-4%。
