Una scoperta sorprendente del terremoto di Tohoku-oki del 2011 (Mw 9.0) è che oltre 50 metri di scivolamento di faglia cosismica hanno raggiunto l'asse della trincea. In aggiunta a questo, studi sismologici hanno trovato una chiara variazione dipendente dalla profondità nella posizione della sorgente tra radiazione di energia sismica ad alta e bassa frequenza. Però, le caratteristiche strutturali che possono controllare il comportamento di scorrimento nella zona di rottura non sono state ben esaminate.
Nel loro articolo per Geosfera , gli autori Shuichi Kodaira e colleghi hanno elaborato i dati di riflessione sismica acquisiti nella zona di rottura da una nave da ricerca giapponese Kairei e hanno esaminato le caratteristiche strutturali che variano in profondità. Le strutture caratteristiche risultanti erano un prisma frontale, che è un'unità sedimentaria a forma di cuneo all'estremità della trincea della piastra sovrastante, una zona riflettente all'estremità verso il mare della struttura continentale coerente sopra la crosta oceanica subdotta, e subdotte strutture horst-and-graben che potrebbero essere rintracciate fino a ~ 25 km di profondità.
Kodaira e colleghi hanno preso in considerazione le dimensioni e la distribuzione del prisma frontale insieme ai dati di uno studio precedente e hanno scoperto che il prisma frontale lungo la Fossa del Giappone è ben sviluppato dal centro all'estremità settentrionale della Fossa del Giappone.
L'associazione del prisma frontale e della grande zona di scorrimento del terremoto di Tohoku-oki del 2011 e della zona di faglia del terremoto di Sanriku del 1896 indica che si sono verificati terremoti di tsunami con un grande scorrimento superficiale dove il prisma frontale è ben sviluppato. Strutture chiare horst-and-graben, che si sono formati a causa della flessione della placca oceanica in una zona di subduzione, sono stati ripresi sotto il prisma frontale e la zona riflettente. Queste immagini mostrano che i tiri delle faglie normali associate alle strutture horst-and-graben sono più grandi fino a circa 2 km al di sotto della zona riflettente. Ciò indica una flessione continua della placca anche dopo che la placca oceanica è stata subdotta.
Considerando le immagini sismiche e la sismicità osservate dalle reti sismografiche sia terrestri che oceaniche, Kodaira e colleghi hanno identificato le seguenti caratteristiche strutturali che variano in profondità:la parte poco profonda della zona di rottura, dove si verificano i terremoti dello tsunami, è caratterizzato da bassi livelli di radiazione di energia sismica di breve periodo, un prisma frontale a bassa velocità ben sviluppato e una zona riflettente, e bassa sismicità lungo l'interfaccia di placca. Nella zona di rottura dalla zona riflettente a 25 km di profondità, dove si osservano grandi scivolamenti cosismici con bassi livelli di energia sismica di breve periodo, vengono visualizzate le strutture horst-and-graben subdotte e la sismicità di fondo lungo l'interfaccia delle placche è molto bassa. Nella zona di rottura più profonda di 25 km, non sono state ottenute immagini sismiche chiare, ma è stata osservata un'elevata sismicità di fondo con immersione verso terra. Questo è interpretato che l'interfaccia di placca a questa profondità è caratterizzata da un'elevata sismicità di fondo.
