Большое значение имела экспедиция, осуществленная в 1841 г. выдающимся английским геологом Р. И. Мурчисоном, французским палеонтологом Э. Вернейлем и отечественными учеными А. А. Кейзерлингом и Н. И. Кокшаровым. Работа этой экспедиции оказалась весьма эффективной благодаря созданным для ее проведения по указанию Горного ведомства исключительным условиям. Экспедицию сопровождали и давали разъяснения лучшие специалисты — знатоки геологии и горного дела, ей были предоставлены все имевшиеся материалы. В итоге Р. И. Мурчисон установил, несмотря на сильную дислоцированность донецких отложений, переход от древних осадочных отложений на юге к более молодым на севере, Наиболее древними осадками региона он считал красноцветные песчаники и конгломераты, ошибочно отнесенные к карбону; неверно был сделан вывод об отсутствии в Донбассе девонских отложений. Продуктивная толща была им разделена на основе палеонтологических и литологических данных на три яруса. Им был уточнен объем подразделений пермской системы. Представляло интерес предположение Р. И. Мурчисона о том, что кристаллические породы расположенного к югу от Донецкого кряжа массива составляют «геологическую ось» всего региона. В отличие от Ф. Ле-Пле Р. И. Мурчисоном был сделан весьма оптимистический прогноз относительно перспектив каменноугольного бассейна.

В последующий период были проведены многие важные геологические исследования бассейна: впервые начата инструментальная съемка, составлены так называемые пластовые карты с нанесением угольных пластов, выяснена в общих чертах его тектоника, подсчитаны запасы угля для восточной его части. Были внесены новые данные в стратиграфию пермских, юрских, меловых и третичных отложений. Наиболее значительными на этом этапе были работы братьев Ан. А. и Ал. А. Носовых, Е. Б. Иваницкого, А. В. Гурова, А. И. Антипова, Н. П. Барбота де Марии, Н. Д. Борисяка, И. Ф. Леваковского, П. П. Пятницкого, В. А. Домгера и др. В части стратиграфии недостатки этих работ были связаны с неумением отличить девонские отложения от каменноугольных, триасовые от пермских и юрских. Руководителем работ по составлению пластовых карт был академик Г. П. Гельмерсен, который, однако, поддержал неверный взгляд; Ф. Ле-Пле о малых перспективах угля в бассейне[25], довлевший в известной мере над исследованиями последующих лет.

В 1881 г. VI съезд горнопромышленников Юга России постановил ходатайствовать перед Горным ведомством о детальной разведке железных руд в Донбассе. Геологический комитет считал необходимым развивать детальные систематические геологические исследования в этом районе, являющемся одним из наиболее перспективных в Европейской России. Обязательным условием для их начала было получение всех картографических материалов, копий маркшейдерских планов и разрезов предшествующих лет.

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].