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提高化石能源利用效率是抑制碳排放并提高经济效率的重要手段，不同产业对化石能源的依赖程度不同，化石能源利用效率的提高对产业结构产生何种影响值得研究。采用我国30个省份2000—2019年的面板数据研究单要素化石能源利用效率对产业结构高级化水平的影响。结果表明：化石能源利用效率的提高促进了产业结构升级，这种作用在东部地区不显著，在中、西部地区显著且差异不大；第二产业增加值占比低的地区大于占比高的地区，原煤、原油、天然气三种能源高产区大于低产区；化石能源利用效率的提高，可以通过提升全要素生产率和加快劳动力第一产业向第二、三产业流动促进产业结构升级。