东北日本是地质构造活动最复杂的地区，四个板块在这里相互作用。该地区是当今世界上现代构造运动最激烈、地震和火山活动频发的地区之一。虽然前人对日本岛弧的地壳上地幔结构做过很多研究，获得了东北日本高精度的三维速度结构图像，揭示了高速俯冲板片和地幔楔中的低速异常。但是很少有人研究速度结构随时间的变化。为探究板块俯冲过程中地震事件对区域地层结构的影响，研究大型地震前后局部地层结构特征变化，分析板块俯冲的整个地球动力学过程，本文采用地震层析成像方法对日本东北部地区在六个连续时间段内的地震数据进行反演，获得了该区域2003-03至2013-03连续时间段内不同阶段地层的三维地震P波、S波速度的空间分布，泊松比的结构及其演化规律。研究结果表明，日本9.0级地震位于2009.03-2011.03时间段产生的一个楔形增速区左端。而在地震后，震源周围的太平洋俯冲板块边界上产生了一个巨大的低速区。另外，在太平洋俯冲板块与东北日本陆地板块的接触区，逐步形成一些呈带状分布的离散破裂区。同时，由于太平洋板块不断向日本岛俯冲，从而导致俯冲板块中应力集中区域与挤压应力中心向西迁移。