这次地震的矩震级(Mw)为9.0级，是日本有记录以来最强烈的地震，也是自1900年开始现代记录以来世界上第四大地震。它引发了强大的海啸，造成1.8万多人死亡。海啸导致福岛第一核电站发生核事故，随后的疏散影响了数十万居民。这次地震引起了研究人员的极大兴趣，因为很少有专家预料到那个地区会发生如此大的地震。

在日本东北部(东北)，太平洋板块在鄂霍次克板块下向西北俯冲，导致了2011年的东北大地震。俯冲是地球上的一个板块下沉到另一个板块下面的过程。迄今为止，许多研究人员已经调查了东北大地震的因果机制，并提出了一个关键问题:哪个板块控制了这场大地震?上鄂霍次克板块还是下太平洋板块?由于震源区内及其周围的详细结构尚不清楚，结果相互矛盾。

由赵大鹏和刘欣(现就职于中国海洋大学)组成的东北大学研究小组，将地震层析成像方法*1应用于日本密集地震台网记录的14.4万多份纵波到达时间数据，以确定东北树地区下方的高分辨率层析成像。他们还利用海底地形和重力数据来限制震源区的结构。

地震层析成像是研究地球内部三维(3-D)结构的有效工具，特别是对于阐明大震源区的详细结构。利用这种方法，研究小组获得了日本东北震源区的清晰三维图像，并表明2011年日本东北地震发生在日本东北大逆冲带*2的高地震速度区域。这个高速区域反映了一个机械强(硬)斑块，导致了2011年的东北大地震。这块坚硬的斑块是由上覆鄂霍次克板块的花岗岩基岩和俯冲太平洋板块顶部的坚硬岩石共同形成的。

这些结果表明，东北大逆冲构造及其周围的构造异常来源于鄂霍次克上板块和太平洋下板块，控制了2011年东北大地震的发生和破裂过程。这次大地震是由上部和下部板块中较硬的岩石碰撞引起的。这项工作对特大逆冲地震的成因机制有了新的认识。它还表明，通过调查巨型逆冲带的详细结构，可以确定未来大地震的位置。

*1地震层析成像:通过对许多地震产生并在许多地震台站记录的大量地震波数据进行反演，对地球内部三维结构进行成像的一种方法。

大逆冲断层:一个巨大的逆冲断层，一个构造板块俯冲到另一个板块之下。下面的板块称为俯冲板块，上面的板块称为上覆板块。在东北，上、下板块分别是鄂霍次克板块和太平洋板块。

*3花岗质岩基:岩基是一大块侵入性火成岩，面积大于100平方公里，由地壳深处的冷却岩浆形成。花岗质岩基比其他岩石如沉积岩坚硬得多。