本发明公开了一种粘土‑砂介质中DNAPL污染源区识别方法及系统，属于污染水文地质勘探技术领域。所述方法包括：第一步，基于DCIP数据的地质统计反演初步刻画含水层渗透系数K、DNAPL的饱和度SN，第二步，利用地质统计和多相流模拟生成一系列的K、SN场训练卷积变分自编码器CAVE网络，然后根据CVAE进行多源数据融合反演，获得K、SN的最优估计场。本发明将DCIP数据与钻孔观测数据相结合，通过基于深度学习的CVAE联合反演策略，实现复杂粘土‑砂介质环境下DNAPL污染源区结构及其相关不确定性的精细推估。