プレート境界断層で発生した摩擦熱は、地震発生後2 年ほどで周囲の地層に奪われ、計測が困難となります。また、プレート境界断層を構成する岩石も変質し、摩擦特性の分析が極めて困難になるため、早期の調査・研究が必要です。海溝型地震において地震発生後早期にプレート境界断層の温度計測を実施することは初めての試みとなります。
国際研究チームは、東北地方太平洋沖地震の発生直後から検討を開始し、緊急掘削研究課題として統合国際深海掘削計画（IODP）に掘削提案。緊急性と科学的重要性が評価され、海底地形や構造探査などの事前調査と、技術的な検討を重ねた掘削計画に基づき、このチャレンジングな航海に旅立ちました。

東北地方太平洋沖地震で大きな滑りが伝わったと考えられている日本海溝の海溝軸付近において、地球深部探査船「ちきゅう」による深海科学掘削を行い、実際に巨大地震を引き起こしたプレート境界断層を構成している岩石サンプルを直接採取し、その種類と物性を明らかにするとともに、断層面の摩擦熱の長期変化を地震発生後早期に直接計測することを目指しました。これにより、海溝軸付近まで大きな滑りが伝播したことを実証した上で、巨大地震発生時のプレート境界断層の摩擦特性（断層が高速で滑ったときの摩擦熱、断層帯の岩石の化学的性質、間隙率等）を分析し、巨大津波を発生させた海溝軸付近でのプレート境界断層の滑りのメカニズムを明らかにします。
この航海によって得られるプレート境界断層の摩擦特性に関する知見を、プレート境界断層の滑り量シミュレーションに活用することで、東海・東南海・南海地震等、他の海溝型地震による地震・津波の想定に寄与することが期待されました。

水深が約7,000メートルもある日本海溝の海溝軸付近において、探査船「ちきゅう」により海底から約1,000メートル以浅まで掘削することを目指しました。これは海面からの総距離が約8,000メートルもの深度となり、科学掘削では世界最深となる大水深掘削調査です。
これまでの深海掘削計画の歴史においても、当時の米国科学調査船が水深7,034メートルの海域（マリアナ海溝）で海底下15.5メートルまでの掘削にしか成功しておらず、「ちきゅう」でしか成しえない大きな挑戦となりました。

「ちきゅう」が向かう日本海溝は、東日本をのせた北米プレートの下に太平洋プレートが沈み込む場所です。その海溝軸付近において深海底から約1,000メートル以浅までを最大2孔掘削する計画です。掘削と同時に物理検層データを取得し、掘削孔内に断層面付近の摩擦温度を計測する為の長期孔内計測システムの設置を目指しました。また、この工程に成功した後、断層帯の岩石サンプルの直接採取にも挑戦しました。
これらの掘削孔には、後にJAMSTECが保有する7,000m級無人探査機「かいこう7000II」が潜航し、長期孔内計測システムから観測データを回収することを計画しています。