磷矿的形成过程可以分为三个主要阶段：沉积、变质和后期改造。
沉积阶段：很久以前，海洋中存在大量的磷酸盐。这些磷酸盐与氟离子结合，形成了胶状的氟磷灰石。随着时间的推移，这种物质在海底一层层堆积起来，形成了今天我们看到的磷块岩。因此，磷矿石通常呈现出明显的层状或条带状结构。即使在经历了后面的地质变化之后，这种特征仍然清晰可见。
变质阶段：在苏北地区，由于地壳运动导致的压力和温度变化，早期形成的沉积岩发生了显著的变化，变成了区域变质岩。这一过程中，原本层状的磷矿石被挤压、拉伸，产生了褶皱和断裂，有时还会形成小揉曲或小揉皱的现象。锦屏磷矿区就是这种现象的一个典型例子。同时，这个阶段还伴随着大量云母的生成。通过矿物分析发现，这里的磷矿是由原始的胶磷矿在高温高压条件下转变成的晶质磷灰石。随着变质作用的进行，磷矿石中的矿物质重新排列组合，并且晶体逐渐长大，最终形成了具有龟裂构造的晶质磷灰石。
后期改造阶段：在受到地下岩浆活动和地壳运动的影响下，磷矿体发生断裂和错动，变得不连续。此外，经过长期的地表风化和雨水淋滤作用，一些低价态的铁、锰矿物被氧化为高价态的氧化物，这使得磷矿石表面呈现出灰紫色、黄褐色甚至棕黑色的颜色。原来坚硬密实的岩石，在风化后变得疏松多孔易碎。而且，矿石中的碳酸盐成分也会在弱酸性水的作用下溶解流失，导致矿层上部的品位相对提高，进而形成了浅层的锰磷矿甚至锰土。
总的来说，苏北海州式的磷矿床是新元古代时期形成的，经过海相沉积和后续的变质作用而来的磷矿床。
