Однако главной заслугой Ф. Н. Чернышева является организация детальной геологической съемки в таком горнопромышленном регионе, каким являлся Донбасс. Такого рода исследования были впервые поставлены Геологическим комитетом и имели такое же важное значение, как и работы по созданию Общей геологической карты России. Можно с полным основанием сказать, что Ф. Н. Чернышевым были заложены принципы детальной геологической съемки горнопромышленных районов, сочетавшие стратиграфо-палеонтологические исследования с картированием территории. В работах по Уралу и Тиману Ф. Н. Чернышев проявил себя как выдающийся ученый стратиграф- фаунист. Он с успехом перенес уральский опыт на геологическое изучение Донецкого бассейна. Здесь у него сформировались новые качества организатора масштабных геологических исследований, который отчетливо видел их перспективы, мог оценить и применить различные методики, был способен обобщить большой фактический материал и составить глубоко продуманные планы изучения больших территориальных единиц, т. е. именно здесь проявились те его качества, которые впоследствии позволили ему стать руководителем всей геологической службы России. Хотя сам Ф. Н. Чернышев непосредственно не занимался здесь картированием, но значительность его вклада в разработку знаменитой лутугинской методики геологической съемки Донецкого бассейна была очень велика. Ф. Н. Чернышев не только поддержал этот прогрессивный и столь соответствующий геологическим особенностям Донбасса метод, но и внес собственные творческие моменты в его разработку, дополнив его стратиграфическим анализом разрезов. Только благодаря его энергии и настойчивости удалось соединить все необходимые компоненты и условия для успешного проведения такой съемки, включая надежную топографическую основу и маркшейдерские планы рудничных территорий, пересмотреть планы и сроки исполнения работ, привлечь к работам в бассейне многих специалистов из других учреждений, что и определило успех этого крупнейшего предприятия Геологического комитета.
Будучи постоянно одержим стремлением побывать в самых удаленных и малоисследованных районах, Феодосий Николаевич в середине 80-х годов задумал совершить экспедицию на Новую Землю, чтобы исследовать ее геологическое строение, минеральные богатства. В 1885 г. руководство Геологического комитета поручило ему составить ответ на запрос одного предпринимателя (такого рода запросы поступали в Геолком в больших количествах), насколько существующие литературные данные подтверждают присутствие на Новой Земле каменного угля, горючего сланца, медной РУДЫ, свинцового блеска и т. д. Результатом этой работы стала публикация Ф. Н. Чернышева с критическим обзором литературных источников о полезных ископаемых на Новой Земле [36]
.С тех пор Ф. Н. Чернышев стал собирать материалы об этом неизведанном крае и провел тем самым большую подготовительную работу к экспедиции, которая осуществилась лишь десять лет спустя. Он изучил рукопись К. Д. Носилова о трех экскурсиях, совершенных им во время зимовки на Новой Земле в 1887—1888 гг., дневники К. М. Бэра и А. Лемана, хранившиеся в Музее антропологии и этнографии, неизданный атлас видов Новой Земли, подготовленный этими учеными во время их экспедиции в 1837 г., а также дневники архангельского губернатора Г. С. Голицына, побывавшего на Новой Земле с целью изучения возможностей ее хозяйственного освоения. В 1894 г. Ф. Н. Чернышев демонстрировал в Минералогическом обществе геологическую карту Новой Земли и Вайгача, составленную по литературным источникам и на основании обработки палеонтологических материалов экспедиций К. М. Бэра, А. Лемана и А. Э. Норденшельда.
Тиманская экспедиция еще более укрепила Ф. Н. Чернышева в намерении побывать на Новой Земле, которая, как он полагал, в геологическом отношении примыкает к Пай-Хою.
Непосредственным поводом к организации экспедиции послужило ходатайство архангельского губернатора А. П. Энгельгардта перед министерством земледелия и государственных имуществ в декабре 1894 г. о посылке геологической экспедиции на Вайгач и Новую Землю с целью изучения возможностей добычи полезных ископаемых, в особенности каменного угля, о богатых залежах которого издавно было известно по рассказам поморов. Возможность добычи каменного угля на арктических островах, безусловно, могла бы способствовать развитию северного пароходства и освоению этих необжитых территорий. Губернатор писал: «...позволяю себе указать, что руководительство предполагаемыми геологическими работами было желательно предоставить состоящему в ведении министерства земледелия и государственных имуществ горному инженеру Чернышеву, так как г. Чернышеву, производившему уже геологические исследования в 1889 и 1890 г. Тиманского горного кряжа в Печорском и Мезенском уездах Архангельской губернии, хорошо известны местные условия и особенности нашего Севера» [37]
.