Uma descoberta surpreendente do terremoto Tohoku-oki de 2011 (Mw 9.0) é que mais de 50 metros de deslizamento de falha cossísmica atingiu o eixo da trincheira. Além disso, estudos sismológicos encontraram uma variação clara dependente da profundidade na localização da fonte entre a radiação de energia sísmica de alta e baixa frequência. Contudo, características estruturais que podem controlar o comportamento de escorregamento na zona de ruptura não foram bem examinadas.

Em seu artigo para Geosfera , os autores Shuichi Kodaira e colegas processaram dados de reflexão sísmica adquiridos na zona de ruptura por um navio de pesquisa japonês Kairei e examinaram características estruturais que variam em profundidade. As estruturas características resultantes eram um prisma frontal, que é uma unidade sedimentar em forma de cunha na ponta da trincheira da placa superior, uma zona reflexiva na extremidade marítima da estrutura continental coerente acima da crosta oceânica subduzida, e estruturas horst-and-graben subduzidas que podem ser rastreadas até cerca de 25 km de profundidade.

Kodaira e colegas consideraram o tamanho e a distribuição do prisma frontal junto com dados de um estudo anterior e descobriram que o prisma frontal ao longo da Trincheira do Japão é bem desenvolvido do centro ao extremo norte da Trincheira do Japão.

A associação do prisma frontal e a grande zona de deslizamento do terremoto Tohoku-oki de 2011, bem como a zona de falha do terremoto Sanriku de 1896, indica que terremotos tsunami com grande deslizamento raso ocorreram onde o prisma frontal está bem desenvolvido. Limpar estruturas horst-and-graben, que foram formados devido à curvatura da placa oceânica em uma zona de subducção, foram fotografados abaixo do prisma frontal e da zona reflexiva. Essas imagens mostram que os lances das falhas normais associadas às estruturas horst-and-graben são maiores em até ~ 2 km abaixo da zona reflexiva. Isso indica a curvatura contínua da placa, mesmo depois que a placa oceânica é subduzida.

Ao considerar as imagens sísmicas e a sismicidade observada por redes sismográficas em terra e no fundo do oceano, Kodaira e colegas identificaram as seguintes características estruturais com variação de profundidade:A parte rasa da zona de ruptura, onde ocorrem terremotos tsunami, é caracterizado por baixos níveis de radiação de energia sísmica de curto período, um prisma frontal de baixa velocidade bem desenvolvido e zona reflexiva, e baixa sismicidade ao longo da interface da placa. Na zona de ruptura da zona reflexiva até 25 km de profundidade, onde grandes deslizamentos cossísmicos com baixos níveis de energia sísmica de curto período são observados, estruturas horst-and-graben subduzidas são geradas e a sismicidade de fundo ao longo da interface da placa é muito baixa. Na zona de ruptura mais profunda do que 25 km, imagens sísmicas claras não foram obtidas, mas foi observada alta sismicidade de fundo de mergulho em direção à terra. Isso é interpretado que a interface da placa nesta profundidade é caracterizada por alta sismicidade de fundo.