Больше всего Ф. Н. Чернышев работал в области стратиграфии палеозойских отложений, а также некоторых других систем. Такая специализация была обусловлена генеральной ориентацией Геологического комитета на картирование территории России как основного метода изучения геологического строения. Велик вклад Ф. Н. Чернышева в разработку стратиграфии девонских отложений, особенно по Уральской геосинклинальной области, где они широко распространены и полно представлены морскими, палеонтологически охарактеризованными образованиями. Аналогичные отложения были им открыты также на Тимане, Новой Земле, в Донецком бассейне и при изучении коллекций, доставленных различными экспедициями с Вайгача, Болынеземельской тундры и из других районов. По словам А. П. Павлова, в результате работ Ф. Н. Чернышева «русский и особенно уральский девон сделался одним из наилучше изученных подразделений палеозойской группы отложений, и история девонских морей и их фаун приобрела более определенные и ясные формы. Эти блестящие результаты создали Ф. Н. громкую известность в ученых кругах всех стран»[1].

Девонская система была впервые установлена А. Седжвиком и Р. Мурчисоном в Англии в 1839 г. и получила название по одноименной местности в западной части Англии, где в толще сланцев, граувакк и известняков В. Лондсдейлем были определены окаменелости, имеющие промежуточное положение между силурийскими и каменноугольными. Позднее Р. Мурчисон, Э. Аршиак и Э. Вериейль выявили аналоги английского девона в Рейнских сланцевых горах и Арденнах, где разрезы оказались более полными и богато палеонтологически охарактеризованными. Именно здесь девонские отложения были детально расчленены на отделы, ярусы и зоны. На этих разрезах работали многие выдающиеся стратиграфы Германии, Франции, Бельгии, в частности Э. Кайзер, Э. Гольцапфель, Р. Ведекинд и др., с которыми активно общался Ф. Н. Чернышев и которые приглашали его для консультаций.

На территории нашей страны представители девонской фауны были впервые определены в 1838— 1840 гг. Л. Бухом и Э. И. Эйхвальдом. Выделение и описание девонской системы и здесь были сделаны Р. Мурчисоном, Э. Вернейлем и А. А. Кейзерлингом в знаменитой монографий «Геология России» (1841). Позднее появились небольшие работы С. С. Куторги, Р. А. Пахта, П. Семенова и В. И. Мёллера, М. Грюнвальдта, Г. В. Абиха, П. А. Чихачева, Г. Д. Романовского, в которых содержались первые отрывочные сведения о девонских отложениях в разных регионах Европейской и Азиатской частей России.

Подлинно научные исследования стратиграфии девона на территории нашей страны связаны с программой геологического картирования, которую стал осуществлять Геологический комитет. «Из работ этого периода,— отмечается в современной сводке по стратиграфии СССР,— первое место занимают палеонтологические и стратиграфические работы Ф. Н. Чернышева (1884—1893 гг.) по Уралу и Тиману. В фундаментальных монографиях, получивших мировую известность, была представлена первая дробная схема стратиграфии девона Урала, сопровождаемая описанием обширного палеонтологического материала и широкими географическими корреляциями. Из других исследований по Уралу следует отметить работы А. П. Карпинского и региональные монографии А. А. Краснопольского (1889), Э. Я. Перна (1912) и др.» [2].

В работах Л. Вуха, Р. Мурчисона, Э. Вернейля, А. А. Кейзерлинга и др. сведения о стратиграфии девонских отложений Урала фактически отсутствовали; имелись лишь первые указания на наличие девонских отложений, но весь нижний девон и значительная часть среднего, которые были охарактеризованы незнакомой участникам экспедиции фауной, были отнесены к силурийской системе. Ф. Н. Чернышев разработал первую схему стратиграфии девонских отложений Урала, опиравшуюся на монографические описания фауны этой системы. Эта схема долгое время была основополагающей, и ею руководствовались многие крупные геологи — его современники и ученью последующих поколений. Однако схема Ф. Н. Чернышева не была лишена ошибок. Не имея материала по послойным разрезам, он включил в нижний отдел девонской системы и все силурийские фаунистически охарактеризованные карбонатные отложения. Это выяснил только в 1925 г. Д. В. Наливкин, обративший внимание на присутствие в· нижнедевонских (по Ф. Н. Чернышеву) фаунах Урала большого количества силурийских форм и на основе анализа фауны выявивший наличие на Урале всех трех ярусов силура — лландовера, венлока, лудлова.

Стратиграфическая схема девона северной оконечности Урало-Новоземельского пояса, составленная Ф. Н. Чернышевым на основе собственных исследований, а также работ А. А. Лемана, Г. Гофера, побывавших в этих районах раньше него, просуществовала, с внесением некоторых корректив (Н. Н. Яковлевым, B. Н. Вебером, М. А. Лавровой, Р. Л. Самойловичем, C. В. Обручевым), вплоть до 30-х годов и была уточнена лишь после систематического изучения этого региона.

Наиболее подробно разработанная Ф. Н. Чернышевым стратиграфическая схема девонских отложений западного склона Южного Урала затем уточнялась. К нижнему девону Ф. Н. Чернышев отнес на Южном Урале верхнюю часть метаморфических сланцев. В 1931 г. Д. В. Наливкин установил, что герцинские известняки горизонта D}c включают не только нижний девон: нижняя их часть является силурийской, верхняя — среднедевонской. Однако следует учитывать, что граница силура и девона — одна из наиболее дискуссионных проблем, поэтому нет оснований в этом случае считать ошибочными взгляды Ф. Н. Чернышева, тем более что, по мнению многих стратиграфов, верхи «силурийской» части разреза на западном склоне Урала являются аналогами нижнего жедина Западной Европы и должны рассматриваться как нижний подотдел девона.

Отложения среднего девона на Урале Р. Мурчисон, М. Грюнвальдт и др. описали как силурийские.

Ф. Н. Чернышев исправил эту ©шибку. В настоящее время за нижнюю границу среднего девона принимается основание известняков с остатками ранне- и среднедевонских форм,, верхней границей является кровля известняков с Stringocephalus burtini Defr. В разрезе среднего девона положение некоторых горизонтов было верно определено Ф. Н. Чернышевым вплоть до составляющих теперешних подъярусов. Так, им была выделена толща жерновых песчаников, которая затем в 1926 г. была определена Д. В. Наливкиным как верхняя часть песчаниково-сланцевой свиты эйфельского яруса. В 1936 г. ей было присвоено Э. X. Алкснэ, А. И. Олли и А. П. Тяжевой название такатинской толщи нижнеэйфельского подъяруса. Теперешняя ваняшкинская свита была впервые описана Ф. Н. Чернышевым в составе свиты ленточных мергелей D12. Впервые он выделил и так называемую вязовскую свиту — горизонт D2a2. Верхний ярус среднего девона Ф. Н. Чернышев выделил под индексом D2b2 и сопоставлял его со стрингоцефаловым ярусом Западной Европы. В 1926 г. он был описан Д. В. Наливкиным как живетский ярус.

Ф. Н. Чернышев впервые изучил верхнедевонские отложения западного склона Южного Урала и отнес к ним кубоидные, гониатитовые и климениевые известняки. Более детальное расчленение верхнедевонских отложений было сделано в советское время Д. В. Наливкиным и Б. П. Марковским, но, например, верхняя часть верхнего девона (к которой позднее Д. В. Наливкин применил название фаменского яруса) была выделена Ф. Н. Чернышевым под индексом D23.

Разработанная Ф. Н. Чернышевым стратиграфическая схема девонских отложений западного склона Южного Урала широко использовалась при изучении других районов. Так, например, ею пользовался Е. С. Федоров при изучении восточного склона Северного Урала (1901 г.), а по его материалам Ф. Н. Чернышев выделил средний девон в Северо-Сосьвинском районе Приполярного Урала.