東北地方太平洋沖地震および津波のメカニズム
Mw9.0の本震の特徴としては、最大すべり量が極めて大きい反面すべり域は南北約400-500キロ、東西約150-200キロとマグニチュード9クラスの地震としては狭いことと、震源の東側で長周期の波、西側では短周期の波を主に放出していて、長周期の波と短周期の波を放出した領域が異なっているという点が挙げられる。また地震全体としても周期0.5秒以下の極短周期の波が多く、建物に大きな被害を及ぼす周期1-2秒、そして数秒から数十秒という長周期地震動が少なかったという特色が見られる。
多くの震源過程解析を総合すると、東北地方太平洋沖地震の震源過程は大きく三つの段階に分けられるとの分析が受け入れられている。震源は宮城県沖で、プレート境界面上の日本列島が乗る島弧地殻が、地殻からマントルに移り変わるモホ面付近であると考えられている。震源からまず第一の破壊が始まった。破壊方向は震源から全方向に広がっているが、特に西側の宮城県沖のプレート境界深部に広がった破壊が、宮城県や岩手県の強震観測で検出された第一のピークの短周期地震波をもたらしたと考えられる。宮城県沖の震源から広がった最初の破壊は約40秒間継続し、破壊速度は1.5㎞/s程度と見られ比較的ゆっくりしたもので、また破壊の規模は続く第二段階の破壊と比較して小さい。なお、第一の破壊過程を震源周辺の3秒間の破壊と、プレート境界深部の陸地方向へ向かう40秒の破壊の2つの過程に分けるとする研究もある。
震源付近の第一の破壊過程の変位は約15メートルと開析されている。これは2003年の十勝沖地震の変位の約2倍であり、後述の海溝軸付近の大規模な第二の破壊過程に先立つ第一の破壊の段階から、通常の大地震を上回る規模の地震であった可能性が高いとされる。
地震発生後約40秒後から100秒後までの第二の破壊過程は極めて大規模で、しかも比較的狭い地域で発生した。この第二の破壊による最大変位量は小さな推定でも30メートル以上、大きな推定では85メートルに及び、解析結果同士の数値にばらつきは見られるものの、2004年のスマトラ地震における最大変位量が約15メートルと推定されていることと比較しても、非常に大きな破壊が発生したのは間違いないと考えられる。この大きな破壊は比較的狭い地域で起こっており、120×40キロという狭い範囲から放出されたエネルギーが、地震全体のエネルギーの約60パーセントに当たるとの解析もなされている。
第二の破壊過程で最も大きな破壊が起きたのは、多くの地震波の解析によれば震源より東側の日本海溝に近い比較的浅い場所となっているが、少数だが震源より西側の破壊が大きいとの解析結果もある。多くの解析結果に従うと地震発生後約40秒から80秒後にかけて、震源東側の日本海溝付近の比較的浅い場所で極めて大規模な破壊が進行し、主にゆっくりとした変動に伴って発生する長周期の地震波が放出された。GPS、海底地殻変動、そして津波のデータから分析された地殻変動からも、震源東側の日本海溝付近で極めて大きなすべりが発生したことが示されており、日本海溝付近のプレート境界で数十メートルのすべりが発生した可能性が高い。
地震発生後約60秒から100秒後にかけて、今度は地震の破壊が再び西側に広がった。第一の破壊で震源の西側に破壊が広がったことを考えると、震源西側は第一回と第二回の破壊が折り重なるように発生したことになる。西側に広がった第二回の破壊は日本海溝沿いの大規模な破壊と異なり、短周期の地震波中心のものであり、宮城県や岩手県内の強震観測で検出された第二のピークの短周期地震波に当たると考えられている。またこの西側に広がった破壊によって、宮城県沖地震の想定震源域付近も破壊が進行したと見られている。
なぜ第二の破壊過程で数十メートルにも及ぶ大きなすべりが発生したのかについては、いくつかの仮説が提唱されている。まずこれまでに例えば大きなすべりが発生した場所には極めて固着が強いアスペリティが存在していて、数百年に一度そのアスペリティが破壊される際には、周囲を広く巻き込み超巨大地震となるというモデル、東北地方太平洋沖は全体的に普段はアスペリティとはならないが、条件が揃うとアスペリティとなるような場所であり、その中に小さく強いアスペリティが散らばっている構造をしており、通常は小さく強いアスペリティがマグニチュード7クラスの地震を起こしているが、条件が揃うとアスペリティが一気に破壊され巨大地震が発生するという、アスペリティに階層が存在するというモデル、今回の東北地方太平洋沖地震ではすべりの摩擦熱によってプレート間の水が膨張して間隙圧が上昇してしまい、通常よりも大きなすべりが発生してしまったというモデル、そして今回の地震ではすべり面の上盤が軟らかく、かつ極めて地下の浅い場所まで破壊が進行して最終的には日本海溝まで突き抜けてしまったため、歯止めが利かなくなって断層がすべり過ぎるダイナミック・オーバーシュートと呼ばれる現象が発生したなどのモデルが提唱されているが、現在のところまだよくわかっていない。なお前述のように地震発生直後の震源域での変位量自体が通常の大地震よりも明らかに大きいため、上記の仮説のうち摩擦熱が大きなすべりを誘発したとの説は成立し難いとの意見が出されている。
またこの非常に大きな破壊が東北地方太平洋沖地震が極めて大きな津波をもたらした大きな原因の一つとなった。特に三陸沿岸中心に大規模な被害をもたらした短周期かつ振幅の大きな津波は、日本海溝付近の大規模なすべりによって発生したものと考えられている。また第一の破壊過程、第二のうちで震源より西側の破壊過程はゆっくりとした水位上昇を起こす津波を励起させたと見られている。
地震発生後約100秒以降は、震源より南方の福島県沖、茨城県沖へと破壊が進行した。破壊の規模は第二の破壊過程よりも小さかったが、福島県から関東地方に渡って強い振動をもたらした。地震発生後約150秒で破壊は終了するが、約150秒間の間に発生した第一から第三の破壊過程により、宮城県から茨城県に至る南北約300キロに渡って震度6強以上の極めて強い地震動が観測された。そして海洋科学研究開発機構による海底下の地下構造調査結果と東北地方太平洋沖地震の破壊過程を比較してみたところ、千葉県銚子沖付近のフィリピン海プレートが太平洋プレート上に乗る場所で破壊が止まったと考えられ、フィリピン海プレートの北東端が東北地方太平洋沖地震のすべりの広がりを止めたと見られる。
東北地方太平洋沖地震の地震動の解析により、強い地震の揺れを起こした場所が少なくとも5つあることが確認されている。強震動は地震発生後約15.6秒後に宮城県はるか沖で起こり、続いて66.4秒後には三陸沖中部、68.4秒後には宮城県沖、そして109.7秒後に福島県沖、最後に118.2秒後に茨城県沖で起きている。この強震動の発生域は大きなすべりを起こした海溝軸付近とは異なり、本震よりも陸側のプレート境界の深い場所、地殻とマントルとの境目付近である。これらの強震域はこれまでマグニチュード7から8程度の地震におけるアスペリティと考えられていた場所とほぼ同一であり、これはプレート深部のマグニチュード7から8クラスの地震を起こす複数のアスペリティが、海溝軸付近の大きなすべり域と連動して破壊されたことを示している。
Mw9.0の東北地方太平洋沖地震の発生によって、プレート境界では普段はMw7-8程度のプレート境界型地震が起きているが、それらの地震では開放しきれないひずみが長年蓄積することによって、何回かに一回はひずみを一気に開放するMw9クラスの超巨大地震が発生するとの説がクローズアップされるようになった。これまでもMw7-8程度のプレート境界型地震が何回か発生するうちに、普段よりも規模が大きい地震が発生することは、チリ付近の地震やスマトラ沖での地震の履歴についての調査、日本でも相模トラフによる関東地震、南海トラフによる東海地震、東南海地震、南海地震、そして北海道東部の千島海溝で発生する地震などで研究が進められていた。Mw7-8程度の巨大地震が繰り返し発生するプレート境界では、それらの地震では開放しきれないひずみが蓄積することによって、何回かに一度Mw9クラスの超巨大地震が発生するという、巨大地震と超巨大地震が階層的に発生する現象が普遍的に見られる可能性が指摘されており、この階層的な地震発生のサイクルはスーパーサイクルと呼ばれている。つまり東北地方太平洋沖地震はスーパーサイクルにおける超巨大地震と考えられる。
また東北地方太平洋地震後、千島海溝や日本海溝で発生した超巨大地震によって引き起こされた津波の堆積物調査が北海道や東北で進められ、また本州、四国、九州の太平洋沿岸では南海トラフで発生する超巨大地震による津波の堆積物調査が進められている。その結果、北海道や東北地方の各地の海岸では、かつて発生した大津波による堆積物が数多く検出され、その結果から日本海溝から千島海溝にかけては、岩手県南部から茨城県にわたって大きなすべりが発生した東北地方太平洋沖地震の震源域以外に、岩手県から青森県沖、そして北海道の襟裳岬沖から根室沖、根室沖から色丹島沖にかけてという4つの超巨大地震発生域があって、それぞれ数百年から千数百年の間隔で超巨大地震を発生させてきたとの仮説が提唱されている。
前述のように現在の東北地方は太平洋プレートが東側から潜り込む力が卓越しているため、北米プレート系の千島弧が北東方面から押す力は見えにくくなっている。しかし北東側からの圧力は継続しており、東北地方には北西-南東方向に走る断層系も発達している。これらの断層は大地震のアスペリティ間の境界となっており、通常は北西-南東方向の断層で仕切られたアスペリティの中でマグニチュード7から8クラスの大地震が発生し、発生場所はアスペリティ間を移動していく。
しかし北西-南東系の断層群は千島弧の動きに伴ってひずみを溜め込み、次第に断層面の固着が高まっていく。固着がある程度以上高まっていくと、海底にある断層系ではそれまで断層の割れ目から海底へと流出していた水が排出されにくくなり、プレート間に流体圧が高まっていくことになる。そのような状況下でプレート境界で最も固着が強いアスペリティの破壊が始まると、通常は断層を境として別々に地震を発生させるアスペリティ同士が連動して東北地方太平洋沖地震のような、マグニチュード9クラスの超巨大地震になると考えられる。
震源域で行った深海調査研究船「かいれい」による反射法地震探査調査や海洋調査船「かいよう」による音響測深機を用いた地下構造や海底地形の調の結果、太平洋プレートと北米プレートの境界付近をすべり面とした地震断層の破壊は、副次的な断層を形成しつつ海溝軸の海底まで到達していた。
2013年の地球深部探査船「ちきゅう」による探査によると、プレート境界面での粘土層の厚さは5m程度であり、摩擦熱で粘土層の水が膨張しプレートが滑りやすくなるサーマル・プレシャライゼーションが起こった可能性が指摘されている。
巨大な津波を発生させた原因は海溝軸まで及んだ海底の変位で、変位量は海溝陸側が東南東方向に50mの水平移動と、7mから10m隆起したことにあると推定されている。
海底の詳細な調査は海洋研究開発機構を中心とした研究グループによって行われ、有人潜水調査船「しんかい6500」、深海調査船「かいれい」、無人探査機「かいこう7000-II」、地球深部探査船「ちきゅう」、地球:研究船「みらい」などの装備により潜水、ボーリング、マルチチャンネル反射法探査システムにより多面的な調査が行われた。その結果、プレート境界の岩石サンプルの採集を行い､、設置した温度計で断層面及び近傍の残留摩擦熱の温度変化を長期(9ヶ月間)にわたり直接計測し、滑りを生じた粘土層での摩擦発熱による間隙水圧上昇現象の証拠や、地震断層と地震履歴を残した変形構造として海底地すべりの発生を示唆するタービダイトや堆積地形などが確認されている。
東北地方太平洋沖地震によって極めて大きな津波が発生した。土木学会海岸工学委員会・地球惑星連合等の関係者らで組織された東北地方太平洋沖地震津波合同調査グループの調査結果によると、東北地方太平洋沖地震による津波の最高遡上高は岩手県大船渡市綾里湾で確認された40メートルであり、岩手県北部から宮城県南部までの約200キロの海岸線で20メートルを越える津波の痕跡高、そして10メートルを越える痕跡高は南北約530キロで確認されている。また遠く四国では3メートル、九州でも1メートルの津波を観測しており、極めて広範囲に大きな津波が押し寄せていることが確認されている。また岩手県の一部では1896年の明治三陸地震津波とほぼ同規模の津波であったが、他の地域では明治三陸地震津波、そして1933年の昭和三陸地震津波を上回る規模の津波となっており、過去の津波と高さ、そしてその影響範囲の広さについて比較してみても、東北地方太平洋沖地震による津波の巨大さがわかる。
津波による甚大な被害の一例としては、まず約2万人に及ぶ死者・行方不明者の9割以上が津波による犠牲者である点が挙げられよう。また多くの家屋の流出、鉄道、道路等交通機関の破壊、561km2にも及ぶ浸水被害、更には東京電力福島第一原子力発電所で発生した重大な原子力事故の原因となる等、東北地方太平洋沖地震による津波災害は極めて深刻である。
東北地方太平洋沖地震の特徴の一つとして、他の地震被害と比較して津波被害の大きさが際立っていることが挙げられる。例えば地震によって大きな被害をもたらす要素としては、建物の崩壊、土砂崩れに伴う土砂災害等が挙げられるが、東北地方太平洋沖地震による地震動は周期0.5秒以下の極短周期の波が多く、建物に大きな被害を及ぼす周期1-2秒の地震波と、超高層ビルや石油タンクといった大構造物に大きな被害を与える、周期数秒以上の長周期地震動が比較的少なかったので、超巨大地震であった割には建物被害は比較的少なかった。また寒冷地である東北地方の家屋は比較的耐震性が高いと考えられ、そのことも建物被害が比較的少なかった原因と見られている。また今回の地震に最も隣接した東北地方太平洋沿岸付近にある北上山地や阿武隈山地では大規模な土砂災害の発生は極めて少なく、むしろやや離れた福島県白河市付近や栃木県那須烏山市周辺などで土砂災害が多く発生した。北上山地や阿武隈山地は地質的に土砂災害が発生しにくいことと、東北地方太平洋沖地震発生前に降水量が少なかったことが、地震の規模から想定されるよりも土砂災害が少なかった原因と考えられている。
Mw9.0という超巨大地震が海底を震源域として発生したら、必然的に巨大な津波が発生する。東北地方太平洋沖地震の地震波から解析した断層すべりモデルと、GPS、海底地殻変動など測地学的な分析による断層すべりモデルは比較的良く一致している。もし津波地震のような地震であったならば、測地学的な断層すべりモデルが地震波を解析したモデルよりも有意に大きなすべりを示すものと考えられ、このことから東北地方太平洋沖地震は津波地震ではなく、基本的には普通の地震であったと見られている。
岩手県釜石市の沖合いに設置されている海底水圧計で、海岸線に到達する前の津波が観測された。まず海岸から約70キロ、水深約1600メートルの場所にある海底水圧計TM1では、2011年3月11日の14時46分 (JST) の地震発生後、約5-6分の間に約2メートルの海面上昇が確認された。これは津波の第一波であった。続いて14時58分から約二分という短い時間に更に3.5メートルの急速な海面上昇が確認された。これが津波の第二波であった。TM1に続いて海岸から約40キロ、水深約1000メートルの海底水圧計TM2でも、TM1から約5分遅れで同様の海面上昇が確認された。津波は外洋から沿岸へ向かうにつれて波高を増す性質があり、海岸から70キロの時点で5メートルを越す津波は沿岸でその数倍の高さにまで増幅され、沿岸部に甚大な被害をもたらすことになった。
東北地方太平洋沖地震による断層すべりモデルと、海底水圧計、波浪計、験潮所などで観測された津波のデータから、プレート境界のやや深い部分のすべりによって発生した津波がゆるやかに海面が上昇をした第一波で、比較的長周期の波長を持った津波であり、続く短時間で海面が急上昇した第二波は、日本海溝付近の浅い部分が大きくすべったことによって発生した津波で、短周期かつ振幅の大きな津波であったと考えられた。またプレート境界のやや深い部分のすべりによる第一波は、波長が長いゆるやかな海面変化を引き起こし、仙台平野や石巻平野のような平野部を数キロに渡って浸水させた津波となり、これは9世紀に仙台平野や石巻平野を広範囲に水没させた貞観地震による津波による津波に類似しており、短周期で高い波高を持った第二波は、1896年の明治三陸地震による津波のように、三陸沿岸に高いところで30メートルを越える極めて波高の高い津波となって押し寄せた。つまり東北地方太平洋沖地震では、波長が長くゆるやかな水位上昇で平野部奥深くまで浸水させた貞観地震タイプの津波と、短い波長で急速かつ高い海面上昇をもたらす明治三陸地震津波の両方の性質を持った津波が発生し、三陸海岸ばかりではなく、仙台平野など平野部でも甚大な被害をもたらした津波となった。
東北地方太平洋沖地震によって、極めて大規模な地殻変動が起こった。まず東北地方を中心とした東北日本全体が東に引っ張られ、かつ東北日本太平洋沿岸一帯が沈降した。最も大きな変位が観測されたのが宮城県の牡鹿半島で、東南東に約5.3メートル移動し、また約1.2メートル沈降した。また東北地方太平洋沿岸は軒並み数メートル東南東ないし東に移動し、数十センチから約1メートル沈降した。一方、東北地方の日本海沿岸は約1メートル程度しか移動していないため、東北地方全体としては最大で約4メートル程度引き伸ばされたことになる。そして茨城県南部から千葉県にかけては、2011年3月11日の15時15分に発生した最大余震による変動が、本震による変動を上回っている。
また東北大学と海上保安庁の海洋地殻変動観測点における観測結果では、宮城県沖の日本海溝の海溝軸に最も近い観測点では、東南東方向に31メートル移動しており、そして3.9メートルの隆起が観測された。また大きな変位が観測された観測点から少し離れると変位量が目立って減少していた。これらのことから宮城県沖の日本海溝の海溝軸では極めて大きなすべりが発生していることと、大規模なすべりが発生した地域は宮城県沖の海溝軸付近に限られると考えられる。
先述した通り、東北地方は約300万年前から基本的に隆起が続いていると考えられるが、ここ約100年の測量結果では太平洋沿岸のほとんどの地域で沈降が観測されている。そのため東北地方太平洋沿岸一帯を隆起させる未知の大規模なプレート間のすべりの存在が想定されていたが、東北地方太平洋沖地震では東北地方の太平洋沿岸一帯で顕著な沈降が発生しており、地形学的な観察結果と測地データ間に見られた矛盾の解消どころか更に矛盾が深まることになった。この矛盾の解決としては、やはり東北地方の太平洋沿岸の近くに未知の活断層があって、その活断層を震源とする未知の巨大地震が存在するという考え方、沿岸部を隆起させるプレート境界の深い部分で発生する地震によらないスロースリップがあるという考え方、そして東北地方太平洋沖地震の後に続く余効変動によって隆起が発生するなどといった可能性が指摘されている。中でも特に余効変動による隆起活動の継続を有力視する意見が多く出されているが、東北地方太平洋沖地震後に実際に観測されている余効変動による隆起量では、ここ数十年間で地震による沈降と地震前から続いている沈降を上回る隆起が起こるとは考えにくいとの結果が出されている。
一方、東北地方を東西から圧縮する力については、最近のGPSによる観測結果では東北地方に年30-50ミリ程度の短縮が観測されていた。地形学によれば年に数ミリ程度の短縮が推定されていて、実測値の短縮が理論値を大きく上回っており、東北地方太平洋沖地震によって東北地方が東西方向に最大で約4メートル引き伸ばされたことは、通常時に東西方向に大きく圧縮されていた東北地方が、今回のような巨大地震によって引き伸ばされることが明らかになったことによって、観測値と地形学の整合性が取れるようになったとの評価もなされている。しかし先述したように過去約100年間に東北地方はほぼ伸縮していないかむしろ伸長しているとの観測データもあり、このデータに従えば、100年以下のスパンで発生するマグニチュード7ないし8程度の地震によって、通常期に見られる東西短縮が解消されるとの解釈も可能であるため、矛盾が完全に解決を見たわけではない。
大きな地震の発生後も地殻変動が継続する現象を余効変動と呼ぶ。2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震の後も、プレート間がゆっくりとすべり続ける余効変動がGPS観測網によって検出されている。例えば岩手県山田町では地震後約5か月で東側に約72センチの移動が見られ、千葉県銚子市ではやはり5か月で東側に約42センチの移動が検出されている。この余効変動は本震時と同じく、陸側のプレートが太平洋プレートにせり上がるすべりである。このため東北日本は圧縮される力が働いていた地震前とは異なり、引っ張られる力がかかるようになっている。このためこれまでの圧縮力がかかるなかで地震が発生していた関東や東北地方では、4月11日にいわき市で発生したマグニチュード7.0の地震のように、引っ張られる力による正断層型の地震が起きるようになった。
GPS観測網によって観測された余効変動は三陸沿岸部や銚子付近で大きく、地震本体で大きくすべった場所の北部や南部、そして深部のプレート境界部分、つまり地震本体によるすべりの周辺に主に見られ、逆に日本海溝周辺のように大きくすべった場所ではあまりすべりが見られない。そして東北地方の日本海側でも最大で40センチ程度の東側への動きが見られ、余効変動による地殻変動は東北地方太平洋沖地震本体のものよりも広い範囲に及んでいる特徴がある。また余効変動は極めて大きく、地震後に観測されたすべり量は約5か月でMw8.5、2年間の放出量は Mw8.6と推定されている。
余効変動では東に引っ張られる動きとともに上下の動きも検出されている。宮城県以南の太平洋沿岸では隆起が観測されており、地震後約6か月で一番隆起が大きかったのが宮城県内陸部で、約13センチの隆起が検出されている。一方、岩手県沿岸部や秋田県、山形県の内陸部では沈降が検出されている。つまり上下動に関しては、広範囲で沈降が見られた地震本体での地殻変動とは異なった様相が観測されている。また先述したように地震前に沈降が観測され、地震本体によっても沈降した東北地方太平洋沿岸では、余効変動によって今後大きく隆起する可能性が指摘されている。これは1964年に発生したMw9.2のアラスカ地震では地震発生後50年近くが経過した現在でも余効変動が続いていることなどから、マグニチュード9クラスの超巨大地震では長い間余効変動が継続すると考えられていることが根拠となっているが、東北地方太平洋沖地震の場合、地震後時間が経過するつれて余効変動は小さくなっており、観測値からは、現在のところ余効変動によって東北地方太平洋沿岸が大幅に隆起することは考えにくいとされている。
2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震発生後、極めて活発な余震活動が震源域とその周辺で発生した。本震発生後約20分後には震源域北端に近い岩手県沖でM7.4、本震の約30分後にはこれまでの中で最も大きなM7.7の余震が震源域の南端に近い茨城県沖で発生し、更に4月7日には宮城県沖でM7.1の余震が発生した。また余震の回数はこれまでで最も多くの余震が観測された1994年に発生した北海道東方沖地震の余震数を大きく上回った。
東北地方太平洋沖地震の本震は、プレート境界で発生した低角逆断層地震であるが、余震は本震と同じメカニズムの地震ばかりではなく、正断層や横ずれ断層タイプの地震も多い。これは多くの余震は巨大な本震によって、本震を引き起こしたプレート境界周辺にひずみが生じたことによって発生していることを示している。
余震の発生場所については、本震発生後時間を経過するにつれて拡大する傾向が見られる。特に震源域南側の茨城県から千葉県房総半島の沖合へ広がっている。また震源の深さに着目してみても、余震は本震の震源域となったプレート境界やその周辺に広く発生しているが、3月9日から11日までに発生した前震と見られる地震がほとんど見られなかった、東北日本が乗る島弧地殻の深部にあるマントル部分と沈み込む太平洋プレートが接する付近で多くの余震が発生しており、この余震が活発な領域は大きな余効変動が見られる震源域の南部、そして深部のプレート境界と一致しており、東北地方太平洋沖地震の後の余効変動が大きな場所で活発な余震活動が発生している。一方多くの前震が発生した地殻と沈み込む太平洋プレートの境界部分で発生する余震は比較的少なく、発生している余震も多くがプレート境界より浅い地殻内で発生している。また東北地方太平洋沖地震発生前、前震活動ともにほとんど地震活動が観測されていなかった日本海溝の海溝軸付近では、沈み込む太平洋プレート内で余震活動が見られるようになったものの、やはりプレート境界部分ではほとんど地震の発生がない。日本海溝付近は本震時に数十メートルに及ぶ大規模なすべりが発生したものと考えられており、そのような大きなすべりが発生した場所でほとんど余震活動が見られない理由としては、この部分は通常時には極めて強いプレート同士の固着があり、東北地方太平洋沖地震後すぐに強固な固着が復活してしまった可能性が指摘されている。
2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震の発生直後から、震源域やその周辺ばかりではなく、東日本一帯を中心とした広い範囲で地震活動の活発化が見られた。例えば3月12日に発生したM6.7の長野県北部地震を始めとする新潟県や長野県の県境付近や、秋田県の内陸部及び日本海沖、福島県と茨城県の県境付近、そして静岡県東部などである。これら広範囲で見られる東北地方太平洋沖地震の影響で発生したと考えられる地震のことを誘発地震と呼ぶ。一方、岩手・宮城内陸地震と新潟県中越沖地震の余震域や猪苗代湖の南側など、東北地方太平洋沖地震前よりも地震活動が静穏化したと考えられる地域もある。
誘発地震はこれまで東西から圧縮する力がかかっていた東日本が、一転して引っ張られる力がかかるようになるなど、超巨大地震の発生によって日本列島、特に東日本ではこれまでと地殻にかかる力が変化したため発生するようになったと考えられている。東北地方の場合、本震によって太平洋プレートの沈み込みによるひずみが解消されたため、残存している北米プレート系の千島弧による北東方面からの力と本震による応力変化とが重複して、これまでとは異なる地震活動が活発化した。東北地方太平洋沖地震後に地震活動が活発化した地域では正断層や横ずれ断層型の地震発生が目立っており、例えば福島県浜通りに4月11日に発生したM7.0の地震は、東西に引っ張られる力が働くことによって発生した正断層の地震である。またこの地震は福島県と茨城県の県境付近で活発化した誘発地震の一環とも、東北地方太平洋沖地震震源域付近で発生した余震であるとも言える。誘発地震と余震との区別ははっきりしない面があり、東北地方太平洋沖地震によって日本列島にかかる力が変化することによって発生する誘発地震も「広義の余震」と言うことができる。
なお、東北地方太平洋沖地震後に地震活動が活発化した地域は、東北日本弧の中でも日高沖構造線から柏崎-銚子沖構造線の間に集中している。この地域は約2000万年前からの日本海の拡大によって大陸から分離されたブロック地塊であり、この大きな地塊が東北地方太平洋地震によって全体的に日本海溝側に引っ張られたことを示唆している。