A.- Ressortissant marocain né en 1957, X._ est arrivé en Suisse au mois de novembre 1987 pour y travailler. Le 10 août 1988, il a divorcé d'avec son épouse marocaine, Z._, à la demande de cette dernière (divorce "Khol", que l'épouse obtient de son mari moyennant contrepartie qu'elle lui concède). Moins de deux mois plus tard, soit le 27 septembre 1988, X._ a épousé une ressortissante suisse, C._, née en 1946, et a obtenu une autorisation annuelle de séjour en raison de ce mariage. Aucun enfant n'est issu de cette union. Le 18 septembre 1990, X._ et Z._ ont cependant fait établir un "acte de reprise", aux termes duquel "les deux époux divorcés ... ont repris la vie conjugale commune ... après le divorce khol. ..". Deux enfants sont issus de cette union: A._, née le 24 novembre 1990 et B._, née le 10 novembre 1995. Le 22 novembre 1993, X._ a fait une demande de naturalisation facilitée qui lui a été accordée par décision du 13 octobre 1995. Les époux XC._ ont divorcé le 25 février 1999. B.- Le 26 novembre 1999, X._ a demandé le regroupement familial en faveur de son épouse et de ses enfants marocains. Par décision du 5 avril 2000, l'Office fédéral des étrangers a prononcé l'annulation de la naturalisation facilitée, au motif que X._ avait dissimulé aux autorités de naturalisation des faits essentiels, qui auraient conduit au refus de la naturalisation facilitée si les autorités compétentes en avaient eu connaissance. Cette décision est devenue définitive et exécutoire. Le 15 juin 2000, le Service cantonal de la population a refusé l'octroi à X._ d'une autorisation de séjour et lui a imparti un délai d'un mois pour quitter le territoire vaudois. C.- X._ a recouru contre cette décision auprès du Tribunal administratif qui, par arrêt du 6 novembre 2000, a rejeté le recours. Il a retenu en bref que le divorce survenu en 1999 ayant entraîné la perte du droit à une autorisation de séjour selon l'art. 7 al. 1 de la loi fédérale sur le séjour et l'établissement des étrangers (LSEE; RS 142. 20), la question de l'octroi d'une autorisation devait être tranchée sur la base de l'art. 4 LSEE et des directives de l'Office fédéral des étrangers (chiffre 644). Il a ensuite dénié tout caractère décisif à la durée du séjour en Suisse du recourant, étant donné que cette durée n'avait pu être obtenue que par la dissimulation de sa situation réelle. En définitive, le Tribunal administratif a donc considéré que "l'on se trouvait en présence d'un étranger qui s'était comporté de manière déloyale, tant envers son épouse qu'envers les autorités, indépendamment du fait que les conditions dans lesquelles il s'était installé en Suisse laissaient planer de graves suspicions de fraude à la loi ", ce qui justifiait le refus d'octroyer l'autorisation de séjour sollicitée. D.- X._ un recours de droit administratif, subsidiairement de droit public contre l'arrêt du Tribunal administratif du 6 novembre 2000, dont il demande l'annula- tion, sous suite de frais et dépens. Il conclut principalement à l'octroi d'une autorisation d'établissement, voire d'une autorisation de séjour avec prise d'emploi et, subsidiairement, au renvoi de la cause au Tribunal administratif pour nouvelle instruction et nouveau jugement. Le recourant a produit un bordereau de neuf pièces dont quatre figurent également au dossier cantonal et les cinq autres sont nouvelles. Sur cette base, il allègue une série de faits nouveaux et requiert que soit ordonnée la tenue de débats au cours desquels il pourra être entendu et aura la faculté de faire entendre des témoins. Il a également présenté une demande d'assistance judiciaire. Le Tribunal administratif conclut au rejet du recours et le Service cantonal de la population s'en remet aux déterminations de la juridiction cantonale. L'Office fédéral des étrangers propose de déclarer le recours irrecevable comme recours de droit administratif, subsidiairement de le rejeter comme recours de droit public. E.- Par ordonnance présidentielle du 9 février 2001, l'effet suspensif a été conféré au recours. 