W 1966 uzyskał z Centralnego Urzędu Geologii uprawnienia geologiczne do poszukiwania i badania złóż kopalin stałych.
Od 1955 Zenon Gajewski prowadził poszukiwania i badania surowców węglanowych, w aspekcie ich przydatności do produkcji materiałów wiążących, ale również jako kamieni budowlanych i dekoracyjnych. Badaniami objął terenie całej Polski, a zwłaszcza w rejonie bloku przedsudeckiego, triasu śląsko-krakowskiego i jury krakowsko-wieluńskiej.
Rozpoczął również obszerne badania złóż magnezytu na Dolnym Śląsku. Odkrył i udokumentował kilka dużych złóż tego surowca, w tym złoże Wiry. W oparciu o te badania przygotował pod kierunkiem Mariana Kamieńskiego rozprawę doktorską Występowanie i właściwości magnezytów masywu serpentynitowego Gogołów-Jordanów na tle budowy geologicznej tego obszaru. Obronił ją w 1968. Po uzyskaniu doktoratu został w maju 1972 mianowany samodzielnym pracownikiem naukowo-badawczym, a w kwietniu 1973 docentem w Instytucie Geologicznym.