В 1980-х и начале 1990-х годов в пяти экспедициях НИС "Вулканолог" выполнены геолого-геофизические исследования, в результате которых получены новые данные о строении и истории формирования вулканического массива Черных Братьев. В развитии массива выделено 5 этапов. На первом этапе, начало которого относится к раннему - среднему плейстоцену, а, возможно, и к неогену, сформировался крупный щитообразный существенно лавовый вулканический массив размером 30 X 35 км. На втором этапе произошло, по-видимому, катастрофическое эксплозивное извержение, и сформировалась древняя кальдера (Внешняя кальдера Горшкова) размером 15 X 20 км. Возраст - не моложе середины позднего плейстоцена. На третьем этапе в северной и центральной частях древней кальдеры сформировалась крупная вулканическая постройка, заполнившая большую часть кальдеры и перекрывшая ее борт. На четвертом этапе произошло мощное эксплозивное извержение, и образовалась молодая кальдера (кальдера Горшкова) размером 7.5 X 11.5 км. Время образования этой кальдеры соответствует мощной вспышке кислого эксплозивного вулканизма в районе Курил и Камчатки в пределах 45-30 тыс. лет назад. На заключительном этапе, в результате активной вулканической деятельности внутри молодой кальдеры, вблизи ее бортов сформировались современные вулканические постройки островов Чирпой и Брат Чирпоев. Суммарный объем изверженного в данном районе вулканического материала может превышать 1000-1300 км3, из них 400-600 км3 - пирокластический материал кальдерообразующих извержений.

Впервые выделен и описан этап сильнейшего в нашей эре многофакторного природного катастро-физма на Камчатке, датированный 0-650 гг. Его главными компонентами были: последние к настоящему времени катастрофические извержения (кальдерообразующее -240 г., объем пирокластики 18-19 км3, и субкальдерное -600 г., объем лавы и пирокластики 9.5-10.5 км3), которые сопровождались необратимыми изменениями рельефа на площадях в сотни км2 и оказали весьма негативное влияние на многие другие компоненты природной среды.; исключительно интенсивная активность других вулканов (извергалось не менее 75-80% всех действующих и потенциально активных вулканов Камчатки, произошли десятки сильных и катастрофических извержений); региональные катастрофические и сильные пеплопады; резкое, с большой амплитудой (от 1.5-2 до 12-15 м), тектоническое поднятие различных блоков на территории Камчатки; мощные землетрясения, сопровождавшиеся болыиеобъемными скальными обвалами, оползнями, сильными и частыми цунами. Допускается, что катастрофические события этого времени являются составной частью предполагаемого нами глобального этапа природного катастрофизма начала нашей эры.