В орографическом отношении месторождение расположено в пределах Колымского нагорья. В районе развит средне расчлененный низкогорный рельеф с абсолютными отметками водоразделов 750–1250 м и относительными превышениями 100–450 м. Наивысшую отметку 1395,8 м имеет гора гора Тамман в истоках ручья.
В структурно-тектоническом отношении район месторождения расположен на стыке Иньяли-Дебинского мегасинклинория и Аян-Юряхского антиклинория, точнее его структурного элемента — Детрино-Бохапчинского района брахиморфных складок. Район сложен терригенными отложениями атканской, нерючинской и кулинской свит верхней перми, представленными глинистыми сланцами, алевролитами, песчаниками, туфогенными сланцами и линзами конгломератов. Пермские отложения слагают ядро и крылья Вилкинской брахиантиклинали. Четвертичные образования развиты в долинах основных водотоков и их крупных притоков.
В металлогеническом плане месторождение относится к Вилкинско-Некучанскому рудному узлу. Россыпи долинные, долинно-террасовые, ленточные со струйчатым распределением металла. Коренные источники известны в бассейнах руч. Вилка, Обо, Некучан, Сухой и др. На большей части площади они были эродированы ещё до заложения современной гидросети.
Коренные источники россыпного золота месторождения Вилка представлены кварцевыми жилами, прожилковыми зонами в осадочных породах и дайках, зонами окварцевания в дайках диоритовых порфиритов и минерализованными зонами дробления. В верхнем течении руч. Вилка и его правого притока руч. Победа расположено золоторудное месторождение Вилкинское. В структурном плане месторождение приурочено к своду Вилкинской брахиантиклинальной складки, сложенной терригенными породами верхней перми (атканская свита). Толща пород разбита тектоническими нарушениями, с которыми связаны кварцевые жилы и зоны прожилкования, содержащие золото от сл. до 18,4 г/т и более. Содержание золота в рудном теле №3 месторождения Вилка достигает 199,8 г/т.
Другие рудопроявления представлены непротяженными (до 30–40 м) и маломощными (1,5-25 см) кварцевыми жилами и прожилками на правобережье руч. Вьюнок с содержанием золота от следов до 7 г/т (в одном прожилке мощностью 0,05 м содержание золота достигает 56 г/т). Протяженность минерализованных зон дробления — от первых десятков до сотен метров, мощность от первых метров до 50 м.
Ручей Вилка является левым притоком руч. Вьюн (левого притока р. Бохапча). Длина ручья 10 км. Долина симметричная с обрывками террас 5,10 и 30 м уровня, хорошо выражена пойменная терраса. В верхнем течении руч. Вилка принимает 2 правых притока — Западный и Победа. Руч. Западный длиной 1,5 км имеет долину V-образной формы с крутым падением. Торфа сложены слабо окатанным галечником с суглинком, мощность наносов от 3 до 45 м. Россыпь этого ручья является верхней частью россыпи руч. Вилка.
Ручей Победа, правый приток руч. Вилка, имеет длину 3,7 км. Ширина долины от 25 м в верхнем течении до 250 м в нижнем. Долина с крутыми склонами, в нижней части развита левобережная терраса 10–15 м уровня. Россыпь руч. Победа пойменная и террасовая со средним содержанием 7,4-3,5 г/куб. м. Ручьи размывают алевролиты и песчаники верхней перми.
Характеристика россыпи. Россыпь расположена в долине руч. Вилка в пойме и на террасе. Является естественным продолжением россыпи руч. Западный. Наиболее обогащенная часть россыпи находится ниже устья руч. Победа. Россыпь аллювиальная долинная (залегает в пойме и на террасе 20–25 м уровня) ленточная невыдержанная со струйчатым (на отдельных участках гнездовым) распределением металла.
Пойменная россыпь имеет длину 4700 м, ширину 10–160 м (средняя 50 м). Контур россыпи непрерывный, ширина в верхней части 10–40 м, после слияния с россыпью руч. Победа. — 80–100 м. Мощность торфов 0,8-8,4 м, средняя 4,6 м. Мощность песков 0,4-3,2 м, средняя 1,4 м.
Террасовая россыпь (20-25 м уровня) расположена в интервале р.л. 2–5, протягивается по склону к пойме ручья. Длина 1150 м, ширина 24–132 м. Мощность торфов 6,8-17 м, средняя 12,4 м. Мощность песков 0,8-3,2 м, средняя 1,6 м.
Рыхлые отложения в долине руч. Вилка представлены илом серого цвета с песком, мелкой галькой и гравием (на террасах со щебнем и торфом) — мощность до 1 м; галечником разного размера с редкими небольшими валунами и грубозернистым песком — 1,8-2,8 м; галечником с гравием, песком и обильной примесью суглинка — 1,4-2,8 м. Ниже залегает элювиальный щебень с суглинком. Золотоносный пласт расположен в нижнем горизонте аллювиальных отложений и в элювии коренных пород, в который золото проникает до глубины 0,8-1,6 м Нередко золотоносный пласт бывает полностью опущенным в трещиноватые коренные породы.
Плотик сложен алевролитами и песчаниками верхней перми, на отдельных участках долины (в основном на террасе) имеет выступы и западины.
Золото в россыпи хорошо и слабо окатанное. Форма золотин — пластинки, таблички, реже зерна, чешуйки, изредка рудные формы с ровной и шероховатой поверхностью. Края сглаженные, волнистые, редко рваные. По фракциям золото делится на среднее и крупное. При разработке в районе р.л. 24, были подняты два самородка весом 1900 г и 8948 г. Цвет золота розовато-желтый, встречаются отдельные золотины в «рубашке».
Месторождение было отработано в 70-е годы. В последующие годы добыча золота ведется за счет техногенных запасов. С 1993 по 2003 г.г. разведкой и добычей золота в долине руч. Вилка занимались артель старателей им. Курчатова и ИЧП (ООО) Возрождение, с 2008 по 2012 г.г. — ООО «ДЭЯ».
Горно-геологические условия. Месторождение расположено в зоне многолетнемерзлых пород мощностью до 100–200 м. Мощность сезонно-талого слоя 0,5-3 м. Мощность торфов до 8–17 м, песков 0,4-3,2 м, пески промывистые. Геологоразведочными работами в районе месторождения выявлены маломощные водоносные таликовые зоны.