Une découverte frappante du tremblement de terre de Tohoku-oki en 2011 (Mw 9,0) est que plus de 50 mètres de glissement de faille cosismique ont atteint l'axe de la tranchée. De plus, des études sismologiques ont révélé une variation claire en fonction de la profondeur dans l'emplacement de la source entre le rayonnement d'énergie sismique à haute et basse fréquence. Cependant, les caractéristiques structurelles qui peuvent contrôler le comportement de glissement dans la zone de rupture n'ont pas été bien étudiées.
Dans leur article pour Géosphère , les auteurs Shuichi Kodaira et ses collègues ont traité les données de sismique réflexion acquises dans la zone de rupture par un navire de recherche japonais Kairei et ont examiné les caractéristiques structurelles variant en profondeur. Les structures caractéristiques résultantes étaient un prisme frontal, qui est une unité sédimentaire en forme de coin à l'extrémité de la tranchée de la plaque supérieure, une zone réfléchissante à l'extrémité mer du cadre continental cohérent au-dessus de la croûte océanique subductée, et des structures de horst-et-graben subductées qui ont pu être tracées jusqu'à environ 25 km de profondeur.
Kodaira et ses collègues ont examiné la taille et la distribution du prisme frontal ainsi que les données d'une étude précédente et ont constaté que le prisme frontal le long de la tranchée japonaise est bien développé du centre à l'extrémité nord de la tranchée japonaise.
L'association du prisme frontal et de la grande zone de glissement du séisme de Tohoku-oki de 2011 ainsi que de la zone de faille du séisme de Sanriku de 1896 indique que des séismes de tsunami avec un grand glissement peu profond se sont produits là où le prisme frontal est bien développé. Structures claires en horst-et-graben, qui se sont formés en raison de la flexion de la plaque océanique dans une zone de subduction, ont été imagés sous le prisme frontal et la zone réfléchissante. Ces images montrent que les jets des failles normales associées aux structures horst-et-graben sont plus grands jusqu'à ~2 km sous la zone réfléchissante. Cela indique une flexion continue de la plaque même après la subduction de la plaque océanique.
En considérant les images sismiques et la sismicité observées à la fois par les réseaux sismographiques terrestres et océaniques, Kodaira et ses collègues ont identifié les caractéristiques structurelles suivantes variant en profondeur :la partie peu profonde de la zone de rupture, où se produisent les séismes dus aux tsunamis, se caractérise par de faibles niveaux de rayonnement d'énergie sismique de courte période, un prisme frontal à faible vitesse et une zone réfléchissante bien développés, et une faible sismicité le long de l'interface de la plaque. Dans la zone de rupture de la zone réfléchissante à 25 km de profondeur, où de grands glissements cosismiques avec de faibles niveaux d'énergie sismique de courte période sont observés, des structures de horst-et-graben subductées sont imagées et la sismicité de fond le long de l'interface de la plaque est très faible. Dans la zone de rupture à plus de 25 km de profondeur, des images sismiques claires n'ont pas été obtenues, mais une forte sismicité de fond plongeant vers la terre a été observée. Ceci est interprété que l'interface de la plaque à cette profondeur est caractérisée par une sismicité de fond élevée.
