В 1883 г. по предложению Горного департамента Геологический комитет постановил начать работы в Донецком бассейне летом 1884 г. и поручил их старшему геологу И. В. Мушкетову. Однако финансирование этих работ задержалось более чем на шесть лет.
В 1889 г. была образована комиссия в составе И. В. Мушкетова, Ф. Н. Чернышева и А. А. Краснопольского для выработки проекта организации и плана исследований по Донбассу, к которым предполагалось приступить в 1890 г. В ее работе также участвовали Г. Д. Романовский, Н. А. Иосса, Н. Д. Коцовский и Н. С. Курнаков. Комиссия Геолкома указала также на необходимость составления новых пластовых карт для наиболее перспективных участков бассейна. Но лишь в 1892 г. Горный департамент выделил на проведение детальных геологических исследований в Донецком бассейне средства в количестве 7 000 руб. в год. Руководителем работ был назначен Ф. Н. Чернышев, который их начал со сбора всех имевшихся материалов, прежде всего картографических. Получить эти материалы было нелегко, поскольку они были рассредоточены в разных учреждениях и часто не имелось их копий. Директор Геолкома А. П. Карпинский настаивал и на установлении широких контактов с другими учреждениями, работавшими в Донбассе, в частности с Харьковским отделением Русского технического общества.
В мае 1892 г. экспедиция Геологического комитета, в которую входили Ф. Н. Чернышев, геологи Н. И. Лебедев и Л. И. Лутугин, коллекторы Н. Н. Яковлев, А. П. Герасимов и А. К. Мейстер, студенты-практиканты М. М. Бронников ц Покровский, выехала в Донецкий бассейн. Первые два месяца работ были посвящены совместным обзорным экскурсиям по западной части бассейна. Большой опыт Ф. Н. Чернышева по расчленению палеозойских отложений на Урале и Тимане, а также основательное знакомство его со стратиграфией палеозоя Западной Европы и Америки позволили ему довольно быстро сориентироваться в сложной геологии Донецкого бассейна. Полезной оказалась и воспринятая им гипотеза А. П. Карпинского об общности карбонового моря Европейской России, юго-западным заливом которого являлся Донецкий бассейн. За короткий срок Ф. Н. Чернышев убедился в возможности дробного расчленения каменноугольных отложений на основе изучения палеонтологического материала, а также точной корреляции пластов угля, разрабатывавшихся в разных местах под различными названиями.
В октябре 1892 г. Ф. Н. Чернышев после изучения всех материалов по Донбассу и результатов первого полевого сезона представил докладную записку, в которой обосновывалась необходимость составления вместо обзорной геологической карты бассейна (которую предполагалось подготовить за три года) детальной карты 1-верстного масштаба. Постановка такого рода работ была не только принципиально нова для Геолкома, но и требовала значительных усилий, а также большой подготовительной работы и более длительного времени для исполнения. Ф. Н. Чернышев считал, что для геологического картирования такого масштаба необходимо предварительное проведение специальной топографической съемки, поскольку существовавшая в то время топографическая основа — 1-верстная карта Харьковской и Екатеринославской губерний — существенно устарела. Для составления же геологической карты столь детального масштаба важно иметь точную и надежную топографическую основу[26], что дало бы возможность отразить особенности геологического строения региона.
В 1893 г. в Донецкий бассейн были командированы топографы Главного штаба, основной задачей которых стало нанесение на имевшуюся топографическую основу горизонталей через четыре сажени, без чего невозможно было отобразить на карте детали геологического строения. Одновременно с этим Горный департамент распорядился провести силами Горного управления Южной России маркшейдерские работы на рудничных площадях, чтобы привести в единую систему все высотные данные и рудничные планы. Это было серьезным подспорьем при составлении детальной геологической карты. Вся территория Донбасса была разделена ч на 65 планшетов. В 1894 г. были закончены топографические работы в пределах только десяти планшетов, но Ф. Н. Чернышев надеялся, что с накоплением опыта и приспособлением к особенностям местности топографы будут работать быстрее[27]. Топографические работы начались и в Области Войска Донского, где карты были особенно неудовлетворительны, что являлось существенным тормозом для развертывания геологической съемки в восточной части Донецкого бассейна.
Ф. Н. Чернышев справедливо полагал, что главная задача заключается в самом дробном расчленении на основе палеонтологических данных каменноугольных отложений, точном нанесении всех горизонтов на карту и выявлении полезных ископаемых по каждому горизонту: «Таким образом, точное и отчетливое подразделение донецких каменноугольных отложений на отдельные горизонты должно было составить ту канву, к которой в будущем можно было бы приурочить все научные и практические вопросы, связанные со всесторонним изучением Донецкого бассейна» [28].
Хорошо продумал Ф. Н. Чернышев и стратегию работ. Детальная геологическая съемка была начата в 1892 г. в районе Лисичанска Л. И. Лутугиным, а на юге от границы кристаллической полосы (Кальмиус- Торецкая котловина) — Н. И. Лебедевым. Ф. Н. Чернышев, изучив материалы по Донецкому бассейну, рассчитывал в результате встречного движения этих двух съемочных отрядов получить полный разрез донецких каменноугольных отложений, что впоследствии полностью себя оправдало. В Кальмиусском районе был получен полный разрез нижнекаменноугольных отложений, в Лисичанском были изучены верхние горизонты среднего и вся толща верхнего отделов карбона. В результате на основе сбора и определения фауны и флоры удалось составить детальную стратиграфическую схему донецких каменноугольных отложений и выяснить их фациальные изменения.
Успех работы по детальной геологической съемке Донецкого бассейна был обусловлен и подбором продуктивной и квалифицированной группы геологов. Под руководством Ф. Н. Чернышева здесь работали ведущие специалисты — Н. И. Лебедев, Л. И. Лутугин, Н. Н. Яковлев, позднее В. А. Наливкин и А. А. Борисяк, а также профессор И. И. Шмальгаузен и консерватор ботанического кабинета Киевского университета Н. В. Григорьев, работавшие по определению палеофлоры.
В результате трех лет работ на этой территории Н. И. Лебедев на основе широкого использования палеонтологического метода обосновал надежные критерии дробного расчленения каменноугольных отложений. В 1892 г. он впервые подробно расчленил разрез нижнего карбона по р. Кальмиус. Эта работа впоследствии вошла в выработанную Ф. Н. Чернышевым и Л. И. Лутугиным стратиграфическую схему донецкого карбона, представленную на VII сессию МГК в Петербурге и получившую широкое научное признание среди геологов различных стран; вплоть до наших дней она является основой всех существующих схем нижнего карбона Донецкого бассейна.
В 1893 г. Н. И. Лебедев проводил изучение угленосной площади, прилегающей с севера к району распространения нижнекаменноугольных отложений, а летом следующего года он довел съемку Кальмиус- Торецкой котловины до Главного антиклинала. На южном склоне последнего им были выделены на основе палеонтологических определений семь подразделений каменноугольных отложений, причем их частично удалось параллелизовать с разрезом по р. Кальмиус. Кроме того, удалось в целом разобраться в сложной синонимике угольных пластов, разрабатывавшихся шахтами на Главном антиклинале. На северном крыле Главного антиклинала в районе Государева Буерака маршруты Н. И. Лебедева были сомкнуты с маршрутами Л. И. Лутугина, что позволило установить соответствие каменноугольных отложений северного и южного районов и сделать выводы относительно тектоники Донецкого кряжа, имевшие большое значение для поиска новых угольных пластов.
Если Н. И. Лебедев особенно много сделал как стратиграф-фаунист, то заслуги Л. И. Лутугина велики в области методики проведения детальной геологической съемки Донецкого бассейна. Л. И. Лутугин работал здесь 22 года, и вклад его в решение проблем геологии Донецкого бассейна неоценим. Уже в первый полевой сезон он установил в районе Лисичанска, где была хорошая обнаженность и множество шахтных выработок, 65 горизонтов развитых здесь каменноугольных отложений. В 1893 г. в северной части Донбасса, в равнинной области, сильно изрезанной балками и оврагами, в условиях значительно худшей обнаженности Л. И. Лутугину удалось существенно дополнить разрез, установленный им в предыдущем году. В результате работ двух лет он доказал возможность параллелизации многих горизонтов карбона и установил наличие мощной толщи верхнекаменноугольных отложений, лишенной угольных пластов рабочей мощности, что имело существенное практическое значение для оценки перспектив и поисков угля. Им были выделены также породы пермского возраста.
Распространив в 1894 г. свои исследования на Алмазный район, Л. И. Лутугин впервые расчленил верхнюю часть среднего карбона на четыре свиты, заложив основы стратиграфической схемы донецкого карбона, которая не потеряла своего значения до наших дней.
Л. И. Лутугин считал, что работа на разрезах является лишь первым этапом геологического картирования. Сложная тектоника северной части Донецкого бассейна, множество складок и дислокаций не позволяли применить ранее бытовавшие методы исследования для составления геологической карты 10-верстного масштаба. Учитывая особенности геологического строения и обнаженности Донецкого бассейна, Л. И. Лутугин разработал метод прослеживания каждого горизонта по простиранию с нанесением его уже в поле на топографический планшет. Таким образом удалось очень точно установить все структурно-тектонические особенности слоев. Хотя такой метод был весьма трудоемким, он позволил создать уникальную геологическую карту. Впоследствии Л. И. Лутугин стал руководителем школы донецких геологов и родоначальником метода проведения детальной геологической съемки, у истоков становления которой стоял Ф. Н. Чернышев. Благодаря своему исключительному научному чутью, организаторским способностям и умению объединять различные дарования геологов для решения общей задачи он сделал исключительно много для формирования творческого коллектива донецких геологов. И впоследствии, уже будучи руководителем всей геологической службы страны, он продолжал последовательно и настойчиво пестовать и направлять этот замечательный коллектив геологов.
Все работы в Донецком бассейне постоянно находились в поле внимания Ф. Н. Чернышева, включая планирование и постоянный контроль за их проведением. Как руководитель этих работ он был незаменим. Сохранилось письмо А. П. Карпинского в Горный департамент, в котором он так характеризует деятельность Ф. Н. Чернышева: «Донецкие работы, от которых Чернышев упорно отказывался и которые предназначались другому лицу, приняты им на себя по моему настоянию, так как между геологами никто лучше него не знаком с русскими каменноугольными отложениями. И действительно, в два лета он с такой детальностью разобрался в донецких осадках, имеющей прямое отношение к практическим задачам исследования, к какой даже не приближались другие геологи, например профессор Гуров, работающий в донецком бассейне 25 лет... Наибольшая важность участия Чернышева в донецких работах в настоящее время заключается в общем руководстве, контроле и личной съемке наиболее запутанных частей бассейна, причем указанное руководство не ограничивается работами наиболее надежных участников съемок — геологов, но касается и занятий топографов и маркшейдеров (всего работает в Екатеринославской губернии и Области Войска Донского 14 человек), что в сумме составляет весьма порядочную работу, мало заметную со стороны» [29].
Ф. Н. Чернышев принимал в эти годы и значительное личное участие в работах. Еще до того, как он был назначен руководителем всех работ Геологического комитета в Донецком бассейне, он обработал фауну, собранную В. А. Домгером, и на ее основе впервые определил наличие в Донецком бассейне девонских отложений. В 1892—1893 гг. Ф. Н. Чернышев изучал островные выходы каменноугольных отложений на западной окраине Донецкого бассейна с целью увязать первые результаты работ Н. И. Лебедева и Л. И. Лутугина. «Исследование таких островов,— отмечает Е. О. Новик,— представляло особый интерес, так как давало возможность выяснить, насколько схема подразделений донецких каменноугольных отложений, составленная на основании изучения главной площади распространения карбона, может быть использована для стратификации каменноугольных отложений, непосредственная связь которых с главным полем не может быть прослежена из-за мощных покрывающих пород. Эти исследования должны были также доказать, в какой мере удерживается постоянство известняков как маркирующих горизонтов и сохраняется ли последовательность в смене фауны в вертикальном направлении»[30]. В частности, Ф. Н. Чернышеву удалось сопоставить в этих выступах многие горизонты с теми, которые были выделены Л. И. Лутугиным в северном районе[31].
Руководящей стала идея Ф. Н. Чернышева о том, что установленная схема подразделений каменноугольных осадков в Донецком бассейне позволит дать точную синонимику всех пластов угля, разрабатываемых в разных районах бассейна под различными названиями, а также определить изменение качества углей в горизонтальном направлении пластов[32]. Л. И. Лутугин, развивая эту идею, систематически проводил исследования качества углей и изменения их свойств и установил вполне определенные закономерности, что имело большое практическое значение.
Много внимания уделял Ф. Н. Чернышев изучению верхнепалеозойских отложений, особенно при геологической съемке в 1894 г. юго-восточной части Бахмуто- Славянской котловины, где он работал вместе с Н. Н. Яковлевым. Используя свой опыт по расчленению пермских отложений на Урале и Тимане и знакомство по зарубежной литературе с некоторыми типовыми разрезами, а также опираясь на анализ собранной фауны, он пришел к выводу, что нижняя песчаниковая толща, согласно залеганию на верхнекаменноугольных отложениях в виде непрерывной серии, соответствует в основном пермо-карбону Приуралья и Тимана, верхняя же толща известняков и доломитов — нижней красноцветной толще Востока и Севера Европейской России[33]. Впоследствии Н. Н. Яковлев, работавший в Донбассе с 1893 по 1897 г., значительно развил и уточнил эти представления.
Итогом работ донецкой партии Геолкома, руководимой Ф. Н. Чернышевым, стал очерк геологии Донецкого бассейна, написанный им и Л. И. Лутугиным для путеводителя экскурсий на VII сессии МГК. Эта работа стала первой подлинно научной сводкой по орографии, стратиграфии, тектонике, полезным ископаемым бассейна. Особенно основательным было стратиграфическое описание пород — от древнейших кристаллических и девонских до палеогеновой системы.
Значение этой работы было очень велико. Е. О. Новик отмечает: «Стратиграфическая схема каменноугольных отложений Донецкого бассейна, опубликованная Ф. Н. Чернышевым и Л. И. Лутугиным в 1897 г., является величайшим достижением научной геологической мысли конца XIX в. Как известно, еще в Инструкции по составлению Общей геологической карты Европейской России, выработанной Геологическим комитетом в 1883 г., предлагалось двучленное деление карбона (на нижний и верхний), подобно тому как это принято в Западной Европе. Ф. Н. Чернышев и Л. И. Лутугин смело отбросили этот шаблон и предложили трехчленное деление донецкого карбона, которое сохранилось и до настоящего времени. Ф. Н. Чернышев и Л. И. Лутугин предложили также более дробную стратификацию донецкого карбона и расчленили отделы на свиты, которые и были охарактеризованы палеонтологически и литологически. Такое расчленение давало возможность геологам более точно ориентироваться при изучении каменноугольных отложений в разных районах Донецкого бассейна, сопоставлять их и, главное, давать оценки промышленной угленосности отдельных районов. В качестве основания каждой свиты были приняты известняки, являющиеся прекрасными маркирующими горизонтами»[34]. Эта работа произвела большое впечатление на участников геологического конгресса. Член Французской Академии А. Годри заявил в связи с этим, что палеозойские отложения Донецкого бассейна так подробно изучены, что каждый геолог, работающий по палеозою, должен был бы ездить сюда учиться[35]. Ф. Н. Чернышев сам давал объяснения участникам конгресса, руководя экскурсией в Донецкий бассейн с 28 августа по 1 сентября 1897 г.
В работе Ф. Н. Чернышева и донецкой группы геологов были и просчеты. Так, Ф. Н. Чернышев и Л. И. Лутугин допустили ошибку при расчленении верхнего карбона, приняв лисичанскую свиту за верхнюю свиту среднего карбона, что было обусловлено игнорированием данных Н. И. Лебедева по кальмиусским разрезам. Но эта и некоторые другие ошибки и неточности в стратиграфических выводах не снижают очень высокого уровня исследования в целом.
Первый выпуск пяти планшетов детальной геологической карты Донецкого бассейна был подготовлен к печати в 1899 г. 8 апреля Ф, Н. Чернышев сообщил об этом на заседании Присутствия Геолкома, которое постановило приступить к печатанию карты, поручив Ф. Н. Чернышеву общую редакцию. На этом заседании было принято решение поручить Л. И. Лутугину общее руководство геологическими работами в Донецком бассейне в связи с длительной командировкой Ф. Н. Чернышева в экспедицию на Шпицберген.
Подводя итоги деятельности Ф. Н. Чернышева в Донбассе, отметим наиболее значимые ее результаты.
1. В области стратиграфии безусловной заслугой < Ф. Н. Чернышева следует считать установление в Донецком бассейне девонский отложений, которые до этого отсутствовали на пластовых картах братьев Носовых. Это открытие было сделано и четко сформулировано на основе определения фауны из коллекции В. А. Домгера. Впоследствии оно было подтверждено фаунистическими находками Н. И. Лебедева и киевским профессором-ботаником И. Ф. Шмальгаузеном на основе анализа палеофлоры.
2. Весьма существенное значение для разработки . проблем стратиграфии и геохронологии имело расчленение на палеонтологической основе каменноугольных отложений на три отдела — нижний, средний и верхний, а отделов — на свиты, охарактеризованные литологически и отчасти палеонтологически.
3. Значительными оказались и разработки Ф. Н. Чернышева по расчленению пермских (пермо-карбоновых) осадков, где им также был применен палеонтологический метод, и на этой основе выделены определенные подразделения, а также проведена их параллелизация с аналогичными подразделениями других регионов.
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].