在農(nóng)礦部地質(zhì)調(diào)查所，孫健初參加和主持了一系列地質(zhì)調(diào)查活動(dòng)。1934年，孫健初和侯德封進(jìn)行了歷時(shí)5個(gè)月的黃河上游地質(zhì)調(diào)查。1935年初，中央地質(zhì)調(diào)查所組成以翁文灝為主任、黃汲清為副主任的中國地質(zhì)圖編纂委員會(huì)。孫健初為委員，并負(fù)責(zé)青海、甘肅、寧夏地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查，歷時(shí)8個(gè)多月。1937年，孫健初根據(jù)中央地質(zhì)調(diào)查所安排，又參加“西北地質(zhì)礦產(chǎn)試探隊(duì)”，開始在甘肅、青海部分地區(qū)進(jìn)行石油勘探，第二次來到玉門。1938年至1939年由孫健初主持的玉門油田勘探，取得成功，轉(zhuǎn)入正常開發(fā)，此后孫健初即全力從事石油地質(zhì)工作。1942年至1944年，去美國考察油田，進(jìn)修石油地質(zhì)，寫出《美國地質(zhì)概況及其尋究石油之方法》和《發(fā)展中國油礦綱要》。1946年，孫健初任甘肅油礦局探勘處處長（后改為中國石油公司甘青分公司勘探處）。中華人民共和國建立前夕，為防止國民黨軍隊(duì)的搶掠、破壞，孫健初不顧個(gè)人安危，組織職工巡邏護(hù)廠，將全部勘探儀器和地質(zhì)資料裝箱密封，妥為保護(hù)。1949年8月，蘭州解放后，彭德懷、賀龍親自到勘探處，對(duì)孫健初和勘探處職工的護(hù)廠功績倍加贊揚(yáng)。

1950年，孫健初出席中國第一次石油工作會(huì)議，提出西北石油勘探計(jì)劃，被任命為石油管理總局探勘處處長。后又擔(dān)任西北財(cái)政經(jīng)濟(jì)委員會(huì)委員等職，并參加編制中國石油勘探方案的領(lǐng)導(dǎo)工作。1951年，在北京石油工業(yè)展覽會(huì)上，孫健初向毛澤東主席匯報(bào)了中國石油工業(yè)發(fā)展情況及遠(yuǎn)景。1952年10月，為了適應(yīng)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展石油工業(yè)的需要，孫健初主持開辦了第一期石油地質(zhì)干部訓(xùn)練班，親自講課，參加討論，指導(dǎo)總結(jié)。這批學(xué)員后來都成為中國石油地質(zhì)界的中堅(jiān)。

1952年11月10日深夜，孫健初同志不幸因煤氣中毒逝世，終年55歲。

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